幾乎無噪聲、適用于成像應(yīng)用的 ADC 驅(qū)動器

為了穩(wěn)定到 16 位,簡單的 RC 需要大約 14 個時間常數(shù),就 20Msps 而言,這會導(dǎo)致大約 90MHz 的帶寬。隨著穩(wěn)定過程的發(fā)生,放大器由于采樣,會受到一定程度的干擾,這意味著,簡單后置濾波器的帶寬必須擴(kuò)展至 130MHz 至 150MHz,以給放大器留出一定的穩(wěn)定時間來響應(yīng)這個干擾。不幸的是,這將使得在放大器的峰值頻率區(qū)域有噪聲通過。更高階濾波器也許能從之前的奈奎斯特 (Nyquist) 區(qū)更顯著地降低噪聲影響,但是未必會非常快速地穩(wěn)定。

本文描述的電路可以驅(qū)動具備 84.1dB SNR、采用 17pF 采樣電容器的 25Msps LTC2270 系列。在 20Msps 及更低采樣率時,阻抗可以提高,功耗可以降低。例如,采樣率高于 30Msps 時,需要一種更常用的、包括一個快速緩沖器的拓?fù),其后跟著一個 LTC6409 這樣的差分放大器。在這種情況下,也可以使用 LTC6404-1。

幾乎無噪聲的解決方案

圖 1 中的電路是我們建議的一個驅(qū)動電路,該電路采用 LTC2270 系列,幾乎不產(chǎn)生 SNR 損耗,但是在 25Msps 時,可能在 1 個像素時間內(nèi)穩(wěn)定到 16 位。–84.0dB 的噪聲(所有噪聲都包括在內(nèi))可能導(dǎo)致這樣的結(jié)果:該電路未必會在一次計數(shù)時間內(nèi)穩(wěn)定,但是平均多個幀后,可以穩(wěn)定到 16 位。

圖 1:幾乎無噪聲的電路,用于連接 CCD 和高性能 ADC

圖 1:幾乎無噪聲的電路,用于連接 CCD 和高性能 ADC

緩沖放大器 (U2) 是一款電流反饋放大器,實際上用作射極跟隨器。盡管功率是從輸出提供的,但是大量的輸出電流通過 R16 獲取,所以看起來電流似乎來自射極。

因為與反饋網(wǎng)絡(luò)相比,向負(fù)輸入看進(jìn)去的阻抗較低,所以輸出噪聲在負(fù)輸入端被衰減了,因此,負(fù)輸入噪聲電流沒有很大貢獻(xiàn)。盡管當(dāng)用作單位增益緩沖器時,這款放大器的電壓噪聲規(guī)格為 4.5nV/√Hz,但是,在電阻值最小的反饋電阻器中的負(fù)輸入噪聲電流會產(chǎn)生 10.1nV/√Hz 噪聲。不過,在這種類似射極-跟隨器的工作模式下,電壓噪聲結(jié)果為 1.5nV/√Hz 至 2nV/√Hz 量級。

該放大器附近有一個反饋環(huán)路,這個放大器加上了一個 400Ω 的最小值反饋電阻器。不過在低頻時,400Ω 反饋阻抗與 R23 并聯(lián),以減小輸出端所需的偏移。但是在高頻時,所需的反饋電阻為最小 400Ω。

通過 R24 從輸出吸取少量輸出功率,這只是為了減小輸出所需產(chǎn)生的偏移。不過在很多情況下,這也許不是必需的,例如,在視頻信號為 0V 至 4V 或更小的情況時。

為防將來 U2 是一個差分放大器,已經(jīng)針對 R24 做了一些準(zhǔn)備,在 U2 是差分放大器的情況下,從輸出吸取功率是切合實際的。還有幾種可能的、取決于所需轉(zhuǎn)換率的可替換方案。低噪聲、快速穩(wěn)定的 FET 放大器有可能在單電源情況下使用。在使用軌至軌放大器時,正軌可能必須是 6V,以避免穿過兩個輸入級之間的過渡區(qū),這個區(qū)域會引起失真。如果采用了 LT1395,那么在打算接收 0V 至 5V 信號時,VCC 必須是 7.5V 至 8V,VSS 必須是 –2V。

如果不需要在像素之間的滿標(biāo)度階躍期間穩(wěn)定,那么也可以使用 LT6252 等更低功率的放大器。不過,不良像素會滲入其后的像素中。時鐘饋通的存在和實際可得到的穩(wěn)定時間有可能限制放大器的選擇。

第二個放大器也是 LT1395,但是請注意,這個放大器不可能是雙通道 LTC1396,除非應(yīng)用會涉及以地電位為中心的信號。第二級必須用 5V 和 –5V 工作,以吸收電流,并執(zhí)行從大約 2.5V 共模至 0.9V 共模的電平移位,以及通過根據(jù)控制共模提供差分驅(qū)動。假定放大器周圍的網(wǎng)絡(luò)是完全對稱的,那么這個放大器引起的噪聲和失真大部分被 ADC 的 CMRR 抑制了,因為這影響僅體現(xiàn)在共模信號上。

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