CS556X/7X/8X與SAR轉(zhuǎn)換器的相似性和比較

本應(yīng)用筆記介紹了CS556x / 7x / 8xΔ-Σ模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其與SAR（逐次逼近寄存器）轉(zhuǎn)換器的相似性和比較。本文檔還描述了對CS556x / 7x / 8進行復用的要求，復用器的選擇以及驅(qū)動ADC的放大器和用于復用CS556x / 7x / 8x ADC的優(yōu)化電路。

比較CS556X / 7X / 8X與SAR

過去，通常將SAR ADC用于任何高吞吐量多路復用應(yīng)用。這是因為大多數(shù)delta-sigma轉(zhuǎn)換器需要多次轉(zhuǎn)換才能完全穩(wěn)定。換句話說，輸入上的較大階躍變化需要花費大量時間才能在數(shù)字濾波器的輸出中準確反映（確定）。大多數(shù)delta-sigma轉(zhuǎn)換器使用單位調(diào)制器并以千赫茲速率采樣，并且需要許多采樣作為數(shù)字濾波器的輸入，以實現(xiàn)所需的精度。CS556x / 7x / 8x系列轉(zhuǎn)換器的獨特之處在于，調(diào)制器輸出為多位，采樣率為8 MSps（每秒兆采樣）。結(jié)合專門設(shè)計的FIR濾波器，該濾波器僅需要幾個時鐘周期來計算結(jié)果，就可以產(chǎn)生一個可以完全實現(xiàn)單次轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器

CS556X / 7X / 8X的復用要求

對于多路復用應(yīng)用中的更高吞吐量，希望轉(zhuǎn)換器完全滿足每次轉(zhuǎn)換的要求。換句話說，在轉(zhuǎn)換期間，數(shù)字濾波器的輸出必須在輸入上準確反映模擬值。此外，在采樣之前，必須將輸入多路復用器和任何緩沖放大器設(shè)置為轉(zhuǎn)換器的全部精度。這要求轉(zhuǎn)換器和模擬輸入電路都必須快速建立。如圖1所示，如果在多路復用器和ADC之間放置任何放大器或抗混疊電阻和電容器，則尤其如此。通過多路復用器，ADC輸入有可能看到從一次轉(zhuǎn)換到滿量程的滿量程變化。下一個。任何放大器，或由于電阻和電容引起的RC時間常數(shù)，

多路復用器與ADC之間的放大器和濾波器使用50 kSps CS5560 / 61、100 kSps CS5570 / 71或200 kSps CS5580 / 81等高吞吐量轉(zhuǎn)換器，電路必須在少于10 MCLK的周期（625納秒）內(nèi)穩(wěn)定下來。由于已經(jīng)對信號進行了采樣，因此可以在轉(zhuǎn)換開始后將SAR轉(zhuǎn)換器之前的多路復用器切換到下一個通道。但是，許多SAR ADC數(shù)據(jù)手冊警告說，應(yīng)注意一定的“安靜”時間段，以防止噪聲耦合。CS556x / 7x / 8x要求在轉(zhuǎn)換結(jié)束時切換多路復用器，因為在轉(zhuǎn)換過程中它將對輸入信號進行多個采樣（見圖2）。

多路復用器時序要求

因此，在多路復用器的輸入端上有放大器和抗混疊電容器的情況下，應(yīng)考慮采用另一種方法。這通常需要一個具有非常低“導通”電阻的多路復用器，但是好處是，當多路復用器切換到另一個輸入時，放大器和RC網(wǎng)絡(luò)不必從可能的大階躍變化中穩(wěn)定下來。圖3示出了這種布置。

放大器和濾波器放置在多路復用器之前

如圖所示，并非每個輸入都可能需要放大器或緩沖器。這是因為CS556x / 7x / 8x中有一個片上緩沖器。該粗糙的電荷緩沖器通過使用來自電源引腳而非輸入引腳的電流將內(nèi)部采樣電容器充電至非常接近輸入電壓的值，從而將輸入端的采樣電流降至最低。這樣會在模擬輸入上產(chǎn)生更高的有效阻抗。需要更改滿量程范圍的地方，可以使用具有增益或衰減的放大器。

選擇一個多路復用器

選擇MUX設(shè)備時，需要考慮幾個關(guān)鍵參數(shù)。這些包括“導通”電阻，導通/關(guān)斷電容和開關(guān)速度。導通電阻應(yīng)盡可能低，以確保ADC的輸入完全穩(wěn)定在每個采樣上?，F(xiàn)代轉(zhuǎn)換器的輸入包括一個模擬開關(guān)和一個采樣電容器。對于大多數(shù)SAR轉(zhuǎn)換器，該采樣電容器（或電容器陣列）在70 pF至100 pF的范圍內(nèi)，每次轉(zhuǎn)換必須充電一次。對于CS556x / 7x / 8x，輸入采樣電容器僅為4 pF，但每125納秒（8 MHz采樣頻率）采樣一次。CS556x / 7x / 8x還包括一個粗充電緩沖器，該緩沖器可將采樣電容器充電至接近其最終值，然后再將采樣電容器直接切換到精細采樣周期的輸入引腳。這大大增加了設(shè)備的有效輸入阻抗。但是，此精巧采樣周期僅是每個125納秒采樣周期中的20納秒，因此輸入路徑中的過大電阻可能會導致沉降不足。導通電阻應(yīng)保持較低的另一個原因是，多路復用器的導通電阻在ADC的整個量程范圍內(nèi)都是非線性的，這可能會導致失真。導通電阻越低，這種非線性將導致失真越小。通常，應(yīng)使用小于10歐姆的導通電阻，以使對ADC的采樣電容充電時的建立延遲最小。因此輸入路徑中的電阻過大可能會導致沉降不足。導通電阻應(yīng)保持較低的另一個原因是，多路復用器的導通電阻在ADC的整個量程范圍內(nèi)都是非線性的，這可能會導致失真。導通電阻越低，這種非線性將導致失真越小。通常，應(yīng)使用小于10歐姆的導通電阻，以使對ADC的采樣電容充電時的建立延遲最小。因此輸入路徑中的電阻過大可能會導致沉降不足。導通電阻應(yīng)保持較低的另一個原因是，多路復用器的導通電阻在ADC的整個量程范圍內(nèi)都是非線性的，這可能會導致失真。導通電阻越低，這種非線性將導致失真越小。通常，應(yīng)使用小于10歐姆的導通電阻，以使對ADC的采樣電容充電時的建立延遲最小。

選擇放大器

如果需要一個放大器來改變滿量程范圍或緩沖輸入，并將其放置在MUX與ADC之間，則最關(guān)鍵的參數(shù)之一就是建立時間。但是，如上所述，如果將放大器放置在MUX之前（需要時在MUX的每個輸入上放置一個），則可以大大放寬這一要求。在這種情況下，信噪比，失真，DC偏移和整個溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定性成為大多數(shù)應(yīng)用的主要選擇標準。每個應(yīng)用程序都將確定最關(guān)鍵的參數(shù)，因此很難指定一種適用于所有情況的運算放大器和電路配置。CS3003和CS3004運算放大器具有出色的DC性能，適中的帶寬和低噪聲，因此將適合許多應(yīng)用。

用于多路復用CS556x / 7x / 8x ADC

的優(yōu)化電路以下是為許多通用應(yīng)用優(yōu)化CS556x / 7x / 8x系列高吞吐量ADC性能的電路示例。每個電路后都有簡短的電路說明，并注明了關(guān)鍵的選擇標準。

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