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第1章 模数转换器（ADC）的驱动电路设计1

1.1 影响ADC精度的一些技术指标1

1.1.1 选择ADC时需要考虑的一些因素1

1.1.2 ADC的转换函数4

1.1.3 ADC的偏置误差5

1.1.4 ADC的增益误差6

1.1.5 ADC的微分非线性误差7

1.1.6 ADC的积分非线性误差7

1.1.7 ADC的绝对精度误差8

1.1.8 ADC的孔径误差8

1.1.9 ADC的量化误差9

1.1.10 ADC的动态指标10

1.1.11 系统精度和分辨率13

1.2 为ADC选择合适的驱动缓冲器14

1.2.1 噪声对ADC性能的影响14

1.2.2 总谐波失真加噪声（THD+N）20

1.2.3 带宽21

1.2.4 压摆率和建立时间23

1.2.5 缓冲器性能与ADC的输入结构25

1.3 放大器电路设计中应注意避免的一些问题27

1.3.1 正确地为AC耦合提供DC偏置电流回路27

1.3.2 正确地为放大器和ADC提供参考电压29

1.3.3 注意片上输入保护二极管带来的问题33

1.3.4 运算放大器的接地点选择33

1.3.5 运算放大器的屏蔽36

1.4 单电源运算放大器电路设计应考虑的问题38

1.4.1 输入和输出级38

1.4.2 失调电压（VoS）和输入偏置电流（IB）39

1.4.3 增益与负载的关系41

1.4.4 摆率、开环增益与输出摆幅41

1.4.5 噪声42

1.4.6 失真43

1.4.7 正确的为单电源运算放大器电路提供退耦44

1.4.8 为单电源运算放大器电路提供负电源45

1.5 基于运算放大器的ADC驱动电路46

1.5.1 转换ADC的输入电压范围46

1.5.2 双极性SAR ADC的低失真直流耦合驱动47

1.5.3 16位ADC单端输入驱动电路47

1.5.4 12位ADC单端输入驱动电路48

1.5.5 单端输入差分输出的ADC驱动电路49

1.5.6 差分输入差分输出的ADC驱动电路49

1.5.7 多通道16位逐次逼近型ADC的驱动电路51

1.5.8 增益可编程的ADC驱动电路52

1.6 基于仪表放大器的ADC驱动电路53

1.6.1 仪表放大器电路与ADC的匹配53

1.6.2 带宽为3.4MHz的高速ADC驱动电路54

1.6.3 16位3Msps PULSAR？ADC驱动电路54

1.6.4 微控制器内部ADC的驱动电路56

1.6.5 改进仪表放大器的差分输出57

1.7 高速差分ADC驱动器58

1.7.1 差分信号的特点58

1.7.2 全差分电压反馈ADC驱动器电路59

1.7.3 差分放大器电路的增益59

1.7.4 差分输入的匹配电阻60

1.7.5 单端输入的匹配电阻60

1.7.6 输入耦合62

1.7.7 输出耦合63

1.7.8 差分ADC驱动器的噪声63

1.7.9 电源电压选择与处理63

1.7.10 注意差分ADC驱动器数据手册中的一些参数64

1.8 基于差分放大器的ADC驱动电路68

1.8.1 单端到差分的12位40Msps ADC驱动电路68

1.8.2 3V单电源单端输入差分输出ADC驱动电路70

1.8.3 单端输入差分输出的ADC驱动电路71

1.8.4 单端至差分双通道12位3Msps SAR ADC驱动电路72

1.8.5 单端至差分的轨到轨输出的ADC驱动电路73

1.8.6 单端输入差分输出的14位ADC驱动电路74

1.8.7 单端输入差分输出的16位ADC驱动电路75

1.8.8 单端输入差分输出105Msps ADC驱动电路76

1.8.9 DC耦合单端到差分ADC驱动电路77

1.8.10 单端输入差分输出增益可选的差分ADC驱动电路78

1.8.11 单端输入差分输出交流耦合IF ADC驱动电路79

1.8.12 单端输入差分输出交流耦合宽带IF ADC驱动电路81

1.8.13 RF/IF前端差分ADC驱动电路83

1.8.14 双通道IF采样接收机的ADC驱动电路84

1.8.15 16位140MHz ADC驱动电路87

1.8.16 差分输入差分输出200MHz IF ADC驱动电路88

1.8.17 差分输入、差分输出75～250MHz IF ADC驱动电路90

1.8.18 用200MHz变压器来实现单端至差分转换91

1.8.19 用800MHz变压器来实现单端至差分转换92

1.8.20 ADC驱动变压器二次侧的阻抗匹配92

1.8.21 单端输入、差分输出750MHz ADC驱动电路94

1.8.22 采用集成宽带有源滤波器的ADC驱动电路95

1.9 ADC输入采样／保持电路98

1.9.1 影响采样／保持电路的技术参数98

1.9.2 采样时间为700ns的ADC输入采样／保持电路100

1.9.3 采样时间为250ns ADC输入采样／保持电路102

1.9.4 隔离的多通道ADC前端电路103

第2章 数模转换器（DAC）的输出电路设计106

2.1 影响DAC精度的一些技术指标106

2.1.1 DAC的转换函数106

2.1.2 DAC的偏置误差107

2.1.3 DAC的增益误差107

2.1.4 DAC的微分非线性误差108

2.1.5 DAC的积分非线性误差108

2.1.6 DAC的绝对精度误差109

2.2 DAC的输出电路109

2.2.1 转换DAC电流输出为电压输出的电路109

2.2.2 DAC的双极性电压输出电路110

2.2.3 单极性DAC的输出电路112

2.2.4 电压输出DAC的输出电路112

2.2.5 电流输出DAC的输出电路113

2.2.6 视频DAC输出电路114

2.2.7 视频DAC输出缓冲电路115

2.2.8 具有采样／保持电路的4通道DAC输出电路116

2.2.9 具有采样／保持电路的8通道DAC输出电路116

2.2.10 隔离的DAC输出电路118

第3章 抗混叠滤波器电路设计119

3.1 抗混叠滤波器119

3.1.1 混叠现象的产生119

3.1.2 低通滤波器的频域特性121

3.1.3 混叠频率计算123

3.1.4 低通滤波器的设计工具124

3.2 OP构成的抗混叠滤波器电路125

3.2.1 1Hz 4阶低通滤波器电路125

3.2.2 5阶1kHz低通Bessel滤波器电路126

3.2.3 Butterworth低通滤波器电路127

3.2.4 5阶100kHz Chebyschev低通滤波器电路128

3.2.5 RTD温度传感器的低通滤波电路128

3.2.6 多路输入的低通滤波电路129

3.3 集成的抗混叠滤波器电路130

3.3.1 4阶Butterworth滤波器130

3.3.2 数字可编程双路2阶连续时间方式低通滤波器131

3.3.3 5阶低通开关电容滤波器132

3.3.4 8阶低通开关电容滤波器133

3.3.5 8阶低通Elliptic开关电容滤波器134

3.3.6 可配置的滤波器和ADC驱动电路134

3.3.7 UHF RFID阅读器的双基带ADC滤波电路136

3.3.8 双2阶10MHz低通滤波器137

第4章 电压基准电路设计138

4.1 电压基准的选择138

4.1.1 选择电压基准源的一些考虑138

4.1.2 齐纳基准源140

4.1.3 带隙基准源142

4.1.4 XFET基准源142

4.1.5 串联型电压基准143

4.1.6 并联型电压基准144

4.1.7 串联型或并联型电压基准的选择145

4.2 单片电压基准电路146

4.2.1 超低噪声XFET基准电压源146

4.2.2 超低噪声LDO XFET基准电压源147

4.2.3 2.5V电压基准148

4.2.4 1.25V/2.048V/2.5V/3V/3.3V/4.096V/5V电压基准148

4.2.5 5V电压基准148

4.2.6 高输出电流的电压基准149

4.2.7 采用基准电压源和运算放大器构成的电压基准149

4.2.8 24位ADC的基准电压电路150

4.2.9 电压输出DAC的电压基准电路151

4.2.10 精密DAC电压基准152

4.2.11 ADC和DCA电压基准电路152

4.3 输出电压可调的电压基准电路152

4.3.1 可编程输出电压的电压基准电路152

4.3.2 可数字调节输出电压的电压基准电路153

4.3.3 可开关控制的电压基准电路155

4.4 扩展输入电压的电压基准电路156

4.4.1 3.6～40V输入电压的电压基准电路156

4.4.2 4～30V输入电压的电压基准电路156

4.4.3 6～80V输入电压的电压基准电路157

4.4.4 6～160V输入电压的电压基准电路157

4.5 扩展输出电流的电压基准电路158

4.5.1 精密Boost输出调节电路158

4.5.2 扩展输出电流的电压基准电路158

4.5.3 扩展输出电流到100mA的电压基准电路159

4.5.4 扩展输出电流到300mA的电压基准电路159

4.5.5 扩展输出电流到50mA的负电压基准电路159

4.5.6 扩展输出电流到100mA的负电压基准电路160

4.6 负电压基准电路160

4.6.1 单片电压基准器件构成的负电压基准电路160

4.6.2 采用运算放大器的负电压基准电路161

4.6.3 采用开关电容电压反相器的负电压基准电路161

4.7 正负电压基准电路162

4.7.1 ±2.5V基准电压电路162

4.7.2 ±5V基准电压电路163

4.8 调节外部基准电压改变∑-△ADC的增益163

4.8.1 MAX149x系列∑-△面板表ADC163

4.8.2 电压基准对ADC的影响163

4.8.3 利用分压网络构成可调基准164

4.8.4 ADC使用外部基准时的一些考虑165

4.9 通过调节电压基准来增加ADC的精度和分辨率165

4.9.1 采用多路开关调节电压基准的测量电路165

4.9.2 基准电压对ADC精度和分辨率的影响167

4.10 多ADC系统的基准电压设计168

4.10.1 多ADC系统的基准电压168

4.10.2 ADC的精度168

4.10.3 采用单一外部电压基准169

4.10.4 采用一组外部电压基准170

第5章 模数混合系统的PCB设计172

5.1 模数混合电路PCB的分区172

5.1.1 PCB按功能分区172

5.1.2 分割的隔离与互连173

5.2 模数混合电路的接地和电源去耦合174

5.2.1 设计理想的参考面174

5.2.2 模拟地和数字地分割176

5.2.3 按电路功能分割接地平面177

5.2.4 采用“统一地平面”形式178

5.2.5 数字和模拟电源平面的分割179

5.2.6 ADC接地对系统性能的影响180

5.2.7 模数混合系统的电源和接地布局考虑182

5.2.8 去耦电容的安装位置184

5.2.9 最小化去耦电容器和IC之间的电流环路184

5.2.10 去耦电容器与电源引脚端共用一个焊盘185

5.2.11 采用一个小面积的电源平面来代替电源线条185

5.2.12 在每个电源引脚端都连接去耦电容器186

5.2.13 并联使用多个去耦电容器186

5.2.14 降低去耦电容器的ESL189

5.2.15 电源线和地线要布在一起189

5.3 运算放大器的PCB设计192

5.3.1 放大器输入端保护环设计192

5.3.2 单端输入差分输出放大器PCB的对称设计194

5.3.3 高速差分ADC驱动器的PCB设计194

5.3.4 差分ADC驱动器裸露焊盘的PCB设计196

5.3.5 低失真高速差分ADC驱动电路的PCB设计197

5.4 12位称重系统的PCB设计201

5.4.1 12位称重系统电路201

5.4.2 没有采用接地平面的PCB设计202

5.4.3 采用接地平面的PCB设计203

5.4.4 增加抗混叠滤波器205

5.5 24位△-∑ ADC的PCB设计206

5.5.1 如何得到23bit rms有效分辨率206

5.5.2 电源层和接地层的布局206

5.5.3 选择一个合适的外部时钟源208

5.5.4 推荐使用一个外部基准电压源209

5.5.5 缩短输入引脚的连线并滤波209

5.6 模数混合系统PICtailTM演示板的PCB设计210

5.7 多通道同时采样数据采集系统的PCB设计214

5.7.1 多通道同时采样数据采集系统简介214

5.7.2 DAS的主要噪声和干扰源215

5.7.3 输入缓冲放大器的选择217

5.7.4 对输入滤波电路的要求218

5.7.5 ADC基准电压选择219

5.7.6 采用低通滤波器抑制噪声219

5.7.7 DAS的PCB设计219

5.8 16位DAC的PCB设计227

5.8.1 16位DAC电路227

5.8.2 有问题的PCB设计228

5.8.3 改进的PCB设计229

参考文献231