CN0180
概览
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评估硬件
产品型号带"Z"表示符合RoHS标准。评估此电路需要下列选中的电路板
- AD8475-EVALZ ($24.70) AD8475 evaluation board used to evaluate this circuit. Please see "Circuit Evaluation & Test" section for set up information.
- EVAL-AD7982SDZ ($120.02) AD7982 evaluation board used to evaluate this circuit. Please see "Circuit Evaluation & Test" section for set up information.
- EVAL-SDP-CB1Z ($116.52) Eval Control Board
优势和特点
- 最高为+/- 10V的工业输入电压电平
- 与18位SAR转换器之间采用单端至差分接口
- 低功耗，总功耗低于22mW
- 5V单电源供电轨
产品类别
领域和技术
所用产品
参考资料
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数据转换手册2013/5/28
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MT-035：运算放大器输入、输出、单电源和轨到轨问题2013/11/5PDF115 kB
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MT-076：差分驱动器分析2009/2/3PDF95 kB
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MT-075: 高速ADC用差分驱动器概述2009/2/3PDF183 kB
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MT-074: 精密ADC用差分驱动器2009/2/3PDF249 kB
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CN-01802010/11/26PDF395 kB
电路功能与优势
标准单端工业信号电平（±5 V、±10 V或0 V至+10 V）与现代高性能16位或18位单电源SAR型ADC的差分输入范围并不直接兼容，需要使用适当的接口驱动电路对工业信号进行衰减、电平转换和差分转换，使其具有与ADC输入要求相匹配的正确幅度和共模电压。
虽然可以利用电阻网络和双通道运放来设计适当的接口电路，但电阻的比率匹配误差和放大器之间的误差会形成最终输出端的误差。特别是在低功耗水平上，实现所需的输出相位匹配和建立时间可能非常困难。
图1所示电路采用差分放大器 AD8475 执行衰减、电平转换和差分转换，无需任何外部元件。其交流和直流性能兼容18位、1 MSPSAD7982 PulSAR® ADC以及该系列的其它16/18位产品，采样速率可高达4 MSPS。
AD8475是一款全差分衰减放大器，集成精密薄膜增益设置电阻，可提供精密衰减（0.4×或0.8×）、共模电平转换、单端差分转换及输入过压保护等功能。采用5 V单电源供电时，其功耗仅为15 mW。18位、1 MSPS AD7982的功耗仅为7 mW，比竞争产品低30倍。该组合的总功耗仅为22 mW。
电路描述
采用5 V单电源供电时，衰减放大器AD8475和18位差分ADC AD7982可以在高精度模拟前端系统中用于处理大电压信号。
AD8475通过其集成的精密调整电阻，将输入信号衰减0.4倍。采用5 V单电源时，它支持高达25 V峰峰值的电压。在低频时，差分轨到轨输出仅需50 mV的裕量。AD8475可以由真差分输入驱动，或者由单端输入驱动并提供单端差分转换，如图1所示。
AD8475与ADC之间的RC网络构成一个单极点滤波器，可降低不良混叠效应和高频噪声。该滤波器的共模带宽为29.5 MHz（20 Ω、270 pF），差分带宽为3.1 MHz（40 Ω、1.3 nF）。
AD7982是一款18位、逐次逼近(SAR)型ADC，采用单电源(VDD)供电。I/O接口电压VIO可以在1.8 V至5 V范围内设置，取决于接口逻辑电源。AD7892具有真差分输入端，支持高达±VREF 的电压。ADR435 是一款5 V、低噪声（8 μV峰峰值，0.1 Hz至10 Hz）、高精度（B级为±2 mV）基准电压源，用于提供AD7982的REF电压和差分驱动器AD8475的电源电压。
两个连接到ADR435输出端的10 kΩ电阻构成一个分压器，用于设置AD8475输出端的2.5 V共模电压(VOCM)。这使得输入差分信号以最佳共模输入电压为中心，从而最大化ADC的动态范围。
对于20 V峰峰值单端输入信号，各差分输出端产生一个摆幅为+0.5 V至+4.5 V、180°反相的信号。
将一个20 kHz、20 V峰峰值信号输入AD8475时，最终SNR为96.3 dBFS，THD为−112.3 dBFS；这两个参数均参考AD7982的满量程范围，如图2的FFT图所示。
FFT图下方表格所示的信号电平是在AD7982的输入端测得。此点的满量程范围为10 V峰峰值差分，反映到AD8475的输入端为25 V峰峰值。输入测试信号为20 V峰峰值，所产生的信号比ADC的满量程输入低2 dB。
注意在这些条件下，AD8475各输出端的摆幅为供电轨的±500 mV范围，由于它为轨到轨输出结构，因此仍能实现出色的失真性能。
有关本电路笔记的完整设计支持文件包，请访问 http://www.analog.com/CN0180-DesignSupport。
常见变化
经验证，采用图中所示的元件值，该电路能够稳定地工作，并具有良好的精度。可以使用ADI公司的其它模数转换器代替AD7982，以实现所需的最高性能。AD8475最高能够驱动18位、4 MSPS的ADC，性能下降幅度极小。采样速率较快的18位ADC包括 AD7984 (1.33 MSPS)和 AD7986 (2 MSPS)。差分16位ADC包括 AD7688 (500 kSPS)和 AD7693 (500 kSPS)。
AD8475也可以直接用来驱动单端或伪差分输入ADC。可以将AD8475的轨到轨输出端驱动到各供电轨的0.5 V范围内，而不会引起交流性能的明显下降。
通过驱动IN 0.8×输入端，AD8475也能提供0.8倍的差分衰减。其电源电压非常灵活，既可以采用3 V至10 V单电源供电，也可以采用最高±5 V的双电源供电。
电路评估与测试
此电路利用AD8475评估板 （EVAL-AD8475Z） 和ADI公司的PulSAR评估板及软件进行测试。EVAL-AD8475Z是一款客户评估板，旨在简化对AD8475性能和功能的独立测试。该评估板还能结合ADI公司的任何SAR转换器进行快速测试，其输出连接器能够直接与PulSAR评估板 (EVAL-AD7982CBZ)的模拟输入连接器(SMB)相连。. ADC转换器评估和开发板(EVAL-CED1Z) 将该设置通过USB连接到一台PC，如图3所示。
设备要求
除了上述三块评估板外，AD8475评估板还需要+5 V电源。或者，AD7982板的ADR435 5 V REF输出可以连接到AD8475电源输入，系统配置如图1所示。一个交流壁式电源适配器为CED1Z评估板提供+12 V直流输出。合适电压由CED1Z板供给AD7982评估板。
还需要适当的信号源，例如 Audio Precision® AP2700。
运行PulSAR评估软件需要配有Windows® 2000 或 Windows XP 系统及USB 2.0 端口的PC。
开始使用
将AD7982评估板连接到CED1Z板。使用各板的SMB连接器将AD8475评估板连接到AD7982板。
设置与测试
AD8475的输入信号由Audio Precision AP2700源提供。基于LabVIEW®的PulSAR评估软件可以用来控制Audio Precision输入信号，还能用来监控ADC的输入端和输出端。