無(wú)論就采樣率還是就信噪比而言，CCD (電荷耦合器件) 和其他傳感器對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器都有很高的要求。傳感器輸出一般是以地為基準(zhǔn)的一系列模擬電平 (像素)，在像素的邊沿之間可能出現(xiàn)瞬態(tài)信號(hào)。像素?cái)?shù)量增加時(shí)，捕獲圖像所需的 ADC 采樣率也隨之提高，就大多數(shù)大動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)用而言，20Msps 流水線型 ADC 是足夠的。為確保所采樣信號(hào)具備最高 SNR 性能，ADC 的驅(qū)動(dòng)電路必須提供低阻抗、快速穩(wěn)定以免引入寬帶噪聲以及對(duì)傳感器呈現(xiàn)高輸入阻抗。

本文描述一種用于傳感器和高性能 ADC 之間的接口電路，該接口電路不會(huì)損害 SNR 性能。LTC2270 16 位流水線型 ADC 系列適用于高端成像應(yīng)用。該系列器件具備 84.1dB SNR，對(duì)成像應(yīng)用非常有吸引力，這些器件還同時(shí)具有非常好的 SFDR (超過(guò) 100dB)。輸入范圍為 2.1VP-P，遠(yuǎn)小于大多數(shù)成像器件的輸出，因此需要衰減和電平移位。

這些 ADC 的輸入必須用良好平衡的差分驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。通常可從傳感器獲得的單端驅(qū)動(dòng)會(huì)迫使內(nèi)部虛擬接地吸收共模輸入電流，這可能引起性能下降。這些 ADC 還是功率非常低的器件，僅為每通道 80mW。差分驅(qū)動(dòng)實(shí)際上是低功率運(yùn)行的基礎(chǔ)，因?yàn)閱味蓑?qū)動(dòng)需要額外的功率，以在 ADC 中保持一個(gè)穩(wěn)定的內(nèi)部基準(zhǔn)點(diǎn)。這些器件用 1.8V 電源工作，這決定了相應(yīng)的輸入范圍，如果沒(méi)有其他因素要求必須這么做，那么就遠(yuǎn)離這一電源軌吧。遠(yuǎn)離這一電源軌對(duì)防止差分相差很重要，差分相差常常與內(nèi)部保護(hù)二極管的壓變電容有關(guān)。

這就是困境所在：既能執(zhí)行單端至差分轉(zhuǎn)換又不損害 ADC SNR 的差分放大器必然具有低的輸入阻抗(或電阻值很小的電阻器)，由于這種差分放大器必須快速穩(wěn)定至 16 位準(zhǔn)確度，所以其功耗有可能達(dá)到 4 倍于 ADC 本身功率的量級(jí)。LTC6409 差分放大器是一個(gè)產(chǎn)生良好結(jié)果的典范，但僅消耗 260mW 功率，因此僅為了實(shí)現(xiàn)電平移位，就要求周圍的網(wǎng)絡(luò)消耗大約 40mW 功率。此外，為了實(shí)現(xiàn)低噪聲和保持相位裕度，需要電阻值相對(duì)較低的電阻器，這種電阻器也會(huì)消耗信號(hào)功率。

結(jié)果，這類差分放大器具有很低的輸入阻抗。為了向 CCD 提供高阻抗而需要的緩沖器也造成了一種困境。該緩沖器必須具有低噪聲，能在不到 25ns 時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，能以足夠大的 dV/dt 轉(zhuǎn)換以在瞬態(tài)時(shí)保持閉環(huán)工作。此外，該緩沖器必須能驅(qū)動(dòng)低輸入阻抗差分放大器。然而，應(yīng)用要求低功耗。如果期望放大器用單電源軌工作，那么這一困境會(huì)更嚴(yán)重。

大多數(shù)差分放大器都有若干問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兓蛘咝枰�在放大器之后進(jìn)行一定程度的頻帶限制，以至于穩(wěn)定時(shí)間受到損害，或者在增益低于 1 (噪聲增益低于 2) 時(shí)不是非常穩(wěn)定，因此往往會(huì)振鈴。很多這類放大器與 1.8V ADC 不是共模兼容的，或者它們沒(méi)有足夠的空間來(lái)容納雙終接濾波器或允許在放大器之后進(jìn)行電平移位。LTC6404 是一個(gè)很好的案例。該器件在單位增益時(shí)是穩(wěn)定的，不像有些器件那樣會(huì)振鈴，有可能與放大器之后的衰減器一起使用，但是輸入?yún)⒖荚肼暿? 1.5nV。相比之下，LTC6409 的輸入?yún)⒖荚肼暈?1.1nV。LTC6404 的噪聲密度峰值頻率遠(yuǎn)高于 100MHz，該器件消耗 175mW，而且與 LTC2270 所要求的 900mV 共模電壓并不真正兼容。如果在該器件之后有一個(gè)濾波器并進(jìn)行電平移位，那么阻抗就會(huì)大到一定程度，需要消耗大約 80mW 功率，從而使分壓器中的電壓下降。該放大器有可能用 +3.3V 和 –2V 電源工作，以解決共模兼容性，而且在放大器之后無(wú)需電平移位，就可產(chǎn)生更大的信號(hào)擺幅。但是負(fù)電源常常不是設(shè)計(jì)師可以接受的。

放大器可用的穩(wěn)定時(shí)間也許不是整個(gè)時(shí)鐘周期。電源也許決定了這一點(diǎn)，但是存在一個(gè) ADC 在相反的時(shí)鐘邊沿上產(chǎn)生的干擾，即使放大器未受干擾，這也會(huì)使濾波器僅有 1/2 時(shí)鐘周期的穩(wěn)定時(shí)間。如果放大器受到這種事件的干擾，那么它就不會(huì)給濾波器留下很多的穩(wěn)定時(shí)間。