Analog Tipp DC-gekoppelter Buffer für ADCs mit einer Versorgungsspannung

Die DC-Kopplung massebezogener Signale in A/D-Wandlern mit Differenzeingang und für eine Versorgungsspannung ist in bestimmten Fällen schwierig. So muss zum Beispiel der Pegel des Eingangssignals von...

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Die DC-Kopplung massebezogener Signale in A/D-Wandlern mit Differenzeingang und für eine Versorgungsspannung ist in bestimmten Fällen schwierig. So muss zum Beispiel der Pegel des Eingangssignals von Masse auf Vs/2 angehoben und zugleich eine Single-ended/Differenzial-Wandlung durchgeführt werden. Zusätzlich sind die Differenzeingänge des A/D-Wandlers so auszulegen, dass Harmonische und Gleichtaktrauschen unterdrückt werden. Oft ist es erforderlich, dass diese Pegelanpassung durchgeführt wird, ohne dass dabei ein DC-Biasstrom in die Signalquelle eingekoppelt wird. Breitbandverstärker wie der AD8351 adressieren diese Prob-leme. Ihre Standard-Implementierung verlangt jedoch eine AC-Kopplung. Nachfolgend wird eine Schaltung beschrieben, die mit einer externen DC-Rückkopplungsschleife, aber ohne AC-Kopplung arbeitet. Basis ist eine einfache Schaltung zur Pegelanpassung. Dabei wird mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen zwischen Vs und einer Signalquelle das Signal auf Vs/2 gedämpft. Der mittlere Widerstandsabgriff ist gepuffert und das an ihm anliegende Signal kann mit Single-Sided-Versorgungsschaltungen verarbeitet werden. Mit zwei zusätzlichen identischen Reihenwiderständen zwischen der Quelle und der negativen Versorgungsspannung werden die DC-Biasströme aus der Quelle entfernt.

Die abgebildete Schaltung erweitert dieses einfache Konzept, indem die Versorgungsspannungen 6Vs durch genaue 6DC-Pegel ersetzt werden. Die Differenzschaltung wird realisiert, indem man die Anzahl der Widerstände zur Pegel-anpassung verdoppelt. Die 6DC-Pegel entstehen durch Subtraktion des 2,4-V-ADC-Referenzsignals vom Gleichtaktpegel des Verstärkers. Zum Erzeugen der 6DC-Pegel wird das Differenzsignal verstärkt, gefiltert und invertiert. Die Verstärkung der DC-Rückkopplungsschleife von P1,040 ermöglicht es, dass der Verstärker dem Gleichtaktpegel bis auf 2,4 V/1040 = 2,3 mV des Referenzsignals am A/D-Wandler folgen kann. Durch die Erweiterung um diesen externen Rückkopplungspfad ist es möglich, den VOCM-Pin zu öffnen und gegen Masse zu entkoppeln. Somit wird der interne DC-Rückkopplungspfad des AD8351 abgeschaltet. Die Widerstände zur Pegelanpassung wurden auf ein Verhältnis von 1,09:1 eingestellt, um den benötigten Ausschlag der 6DC-Pegel auf 62,4 ((1,09 + 1)/1,09) = 64,6 V zu reduzieren. Exakte Netzwerke mit ausgezeichneten Gleichlaufeigenschaften werden verwendet, um ein guten CMRR-Wert sicherzustellen und den in die Quelle injizierten DC-Biasstrom zu minimieren. Für U2 wurde ein Rail-to-Rail Rückkopplungsverstärker gewählt, der den Einsatz von Versorgungen mit 65 V ermöglicht. Über Rg wird die Gesamtverstärkung der Eingangsstufe definiert. Nachdem die benötigte Verstärkung bestimmt wurde, wird Rf so eingestellt, dass die beiden Differenzsignale des Wandlers gleiche Pegel haben. Mit dieser Schaltung kann das gute Verzerrungsverhalten des Verstärkers AD8351 beibehalten werden. Dies ermöglicht die Ansteuerung von 12- und 14-Bit-ADCs mit minimal reduziertem Dynamikbereich des A/D-Wandlers.

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