所有行业的数据采集：增加单极性输入的增益

正如我们上次讨论的，我们将介绍ADAQ798x集成ADC驱动器的几个常见且有用的配置选项，如何设计它们，以及在设计时需要注意什么。在今天的文章中，我们将讨论如何使用常见的同相配置将ADAQ798x与小于ADC输入范围0 V至VREF的单极性输入源连接。

同相配置

ADC在0 V和V之间转换输入裁判.这意味着ADC驱动器的输出也必须为0 V至VREF允许系统利用 2 的全部范围16ADAQ798x提供的代码。ADAQ798x的集成ADC驱动器可提供增益，为幅度较小的信号提供必要的升压。

这就是同相配置的用武之地！这种配置为单极性信号提供增益、高输入阻抗，并且只需要两个额外的电阻。

许多系统设计人员已经知道同相配置的工作原理，但我们将在ADAQ798x的背景下进行研究，以及配置如何影响关键系统性能参数，包括系统噪声、信噪比（SNR）和总谐波失真（THD）。

一、我们如何选择电阻R。f和 Rg给定应用的输入范围和基准电压？ADC驱动器输出端的电压（vAMP_OUT） 是：

鉴于vAMP_OUT介于0 V和VREF之间，则很容易计算出应用输入范围（vIN+）的Rf与Rg之比：

计算 R 后f到 Rg比率，则必须选择其特定值。这些电阻的“正确”值取决于应用，必须选择这些电阻以平衡系统噪声性能与功耗、失真和放大器稳定性。R 值较低f从而降低噪声，但也会导致从ADC驱动器的输出中消耗更多的电流（增加功耗）。使用较高的 R 值f可以限制这种功耗，但会导致增加系统噪声和潜在的稳定性问题。

电阻产生的噪声量与其电阻成正比。较大的电阻会产生更多的噪声，并且会影响系统的本底噪声和交流性能规格（如SNR）。总系统噪声可以通过取电路中各个噪声源（包括电阻、ADC驱动器和ADC本身）的平方根来计算：

其中 vn，系统是系统均方根本底噪声，Vn，模数转换器驱动器是ADC驱动器电路（包括外部电阻）的总噪声，v。n，ADC是ADC的本底噪声规格。

ADAQ7980/ADAQ7988数据手册说明了如何计算电压n，模数转换器驱动器（参见噪声考虑因素和信号建立），并给出vn，ADC作为 44.4 μV有效值用于5 V基准电压源。CN-0393还解释了如何根据系统总噪声计算系统的预期SNR（参见系统噪声分析）。为了简洁起见，我们不会在这里再次进行这些计算，但我们将在这里给出另一个示例。

让我们看一下ADAQ7980在使用0 V基准电压源时需要直接与输出范围为2 V至5.5 V的传感器接口的情况。由于传感器的输出幅度等于ADC输入范围的一半，因此ADC驱动器的增益应设置为2。这需要 Rf等于 Rg，但选择了Rf有些灵活。首先，让我们看看 R 的不同值是如何不同的f（和 Rg） 影响系统的本底噪声和相应的预期 SNR：

 

Rf, Rg (Ω)	vn,system (μVRMS)	计算信噪比 （dBFS）
500	53.3	90.4
1k	54.3	90.2
2k	56.4	89.9
5k	62.2	89.0

 

如您所见，当使用较高的R值时，系统噪声会增加，SNR会降低f和 Rg.增加增益也会降低SNR性能，因为它会增加ADC驱动器的输入电压噪声和R贡献的有效噪声。g.下图显示了使用R时各种增益的SNR和THD（总谐波失真）的测量结果f= 1 kΩ（输入频率 = 10 kHz）。

然而，选择较小电阻的缺点之一是ADC驱动器需要通过反馈网络提供更多电流（从而提供更多功率）。通过R的瞬时电流f和 Rg是 vAMP_OUT除以 R 之和f和 Rg.该电流会增加系统的总功耗，在低功耗应用中应加以限制。

结语

这种配置的一个好处是其输入阻抗非常大，因为源直接连接到ADC驱动器的同相节点。这对于输出阻抗非常大的源特别有用。我们将看到，对于其他配置，情况并非总是如此。

虽然同相配置可以提供增益，但也存在一些实际限制。首先，如本模拟对话文章所述，ADC驱动器必须保持一定的大信号和小信号带宽，以实现ADC的正向和反向建立要求。带宽与闭环增益成反比。系统噪声也会随着增益的增加而增加，并且在某一点上会大大降低性能，如果没有大量的滤波，就无法实现（我们将在本系列的后面介绍）。

此外，对于需要极低失调、增益误差和漂移的应用，请确保使用具有足够容差和TCR规格的精密电阻。如果可能，请使用匹配的电阻器网络，该网络指定其各个电阻器之间的电阻和TCR跟踪（例如，LT5400系列）。CN-0393更详细地探讨了这一概念。另请注意，ADC驱动器的输入偏置电流将流过Rf和 Rg，这将在系统中产生电压偏移。可以在ADC驱动器的同相节点和输入源之间放置一个电阻，以平衡这些失调，但请记住，该电阻也会给系统增加噪声！

审核编辑：郭婷