低功耗 ADC

在 ADC 領(lǐng)域，市場需求可以總結(jié)為為數(shù)很少的幾個(gè)重要要求：最低功耗、最低噪聲、最低失真、最高分辨率、串行接口、更高的通道集成度和更寬的帶寬。低功耗不僅在基站等始終保持接通的系統(tǒng)中很重要，在空氣流動(dòng)有限或根本沒有空氣流動(dòng)、以及排列緊密的機(jī)箱中也很重要，對便攜式應(yīng)用當(dāng)然也重要。打盹和停機(jī)模式可以進(jìn)一步降低功耗。在某些點(diǎn)上，降低 ADC 的功耗導(dǎo)致收益遞減，在這些地方，ADC 驅(qū)動(dòng)器比 ADC 本身消耗的功率還大。凌力爾特公司已經(jīng)開發(fā)了新的方法，可用來降低整個(gè)信號鏈路的功耗。例如，延長 SAR ADC 的采樣時(shí)間，就可以使用穩(wěn)定速度慢得多但功耗更低的驅(qū)動(dòng)器。另一種僅在凌力爾特 SAR ADC 中使用的方法是數(shù)字增益壓縮 (DGC)，這種方法去掉了驅(qū)動(dòng)器放大器的負(fù)電源，同時(shí) ADC 的分辨率一點(diǎn)都不損失。消除負(fù)軌降低了信號鏈路的總體功耗，并簡化了設(shè)計(jì)。

由于凌力爾特的 SAR ADC 架構(gòu)具備自動(dòng)斷電功能，所以功率隨采樣率線性變化，因此器件采樣速率越低，消耗的功率就越低。用一個(gè)沒有最低采樣率要求的真正無延遲 SAR ADC，單次采樣操作可用來降低功耗，從而甚至在冗長的空閑周期之后， ADC 也能進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。

減小 ADC 驅(qū)動(dòng)器必須驅(qū)動(dòng)的輸入范圍，也可以大幅降低信號鏈路的功耗。如果輸入范圍加倍，那么噪聲指數(shù)就增大 6dB，放大器所需的功率就提高 4 倍。就一個(gè)給定的驅(qū)動(dòng)器而言，較小的 ADC 輸入范圍會(huì)產(chǎn)生較低的互調(diào)失真 (IMD) 分量。

較大的輸入范圍用來實(shí)現(xiàn)較高的 ADC SNR 性能，但是較大的輸入范圍未必產(chǎn)生較佳的輸入?yún)⒖荚肼?，這在紅外線、X 射線成像、細(xì)胞分選儀等低功率、高準(zhǔn)確度應(yīng)用中是很重要的。人們希望得到低輸入?yún)⒖荚肼?，因?yàn)檫@可以為應(yīng)用提供好得多的有效分辨率或無噪聲代碼分辨率。在對以下二者進(jìn)行輸入?yún)⒖荚肼暠容^時(shí)，出現(xiàn)了有趣的結(jié)果：一個(gè)是具備 8Vp-p 輸入范圍的 16 位 10Msps SAR ADC，另一個(gè)是具備 2.1Vp-p 輸入范圍的凌力爾特 16 位 20Msps 流水線 ADC。比較發(fā)現(xiàn)，后者在功耗幾乎為 SAR ADC 一半的情況下，輸入?yún)⒖荚肼晝H為 46µVrms (而前者為 75µVrms)。

較低功耗的 ADC 及其能降低信號鏈路總體功耗的有關(guān)功能為很多手持式產(chǎn)品帶來了競爭優(yōu)勢，使這些產(chǎn)品的電池在兩次充電之間能運(yùn)行更長時(shí)間。很多應(yīng)用現(xiàn)在可以升級，以利用分辨率更高、采樣速度更快的器件，同時(shí)降低系統(tǒng)的總體功耗。這簡化了前端設(shè)計(jì)，所需的增益級更少，濾波要求也更低。過采樣也可以發(fā)現(xiàn)一些較低速率 ADC 可能發(fā)現(xiàn)不了的細(xì)節(jié)，例如重疊或畸形脈沖。已經(jīng)從這種可用性能提高中受益的應(yīng)用包括手持式測試設(shè)備、醫(yī)療成像、光譜儀、平版印刷、風(fēng)速計(jì)、固態(tài)照明、工業(yè)傳感器、功率計(jì)和可編程邏輯控制器，等等。