教你如何稳定时间与相关改进技巧

电子设计 2018-07-10 09:37 次阅读

在设计一个用于AC信号处理的数据采集系统 (DAQ) 时,你的测试结果也许不满足你所需的技术规格,其主要原因在于糟糕的失真性能。在这种情况下,你该怎么办呢?也许你会首先检查信号源,然后检查电源、印刷电路板 (PCB) 布局布线,等等,不过问题依然存在。你是不是想过其它原因呢,比如说输入信号的不稳定?这有可能是一个非常重要的考虑因素。

在这片博文中,我将会谈一谈信号稳定—以及输入信号的不稳定—如何影响失真性能。

图1显示了一个逐次逼近寄存器SAR模数转换器 (ADC) 输入电路的简化模型和内部采样电容器的时域充电响应。

1:使信号稳定的电荷分布

在采集阶段,有一个电荷从输入信号源传输到ADC的内部采样电容器,CSH内。CSH 上的VIN 信号必须在采集时间,tAQ内,至少稳定至最终值的最低有效位 (LSB) 的一半。很明显,如果输入源需要的稳定时间比tAQ长,在tACQ结束时,CSH 上的残余电压误差将大于LSB的一半,并且ADC输出将会不准确。

但是,失真并不仅仅是在某些输入电压值上观察到的准确性问题。失真表示ADC的输入与输出之间的非线性关系。换句话说,ADC传递曲线与这个方程式计算出的直线不一致,而这条直线在ADC输入范围内具有恒定斜率和截距。那么,问题就在于,ADC输入上的信号不稳定如何在ADC响应中产生失真或非线性呢?

一般说来,SAR ADC具有一个包含集成模拟采样开关的开关电容器输入结构。开关的导通电阻,RON,具有一个相对于输入信号电压的非线性电阻。

图2a显示的是典型RON值与互补金属氧化物半导体 (CMOS) 模拟开关的输入电压之间关系的曲线图。非线性导通电阻调制稳定时间常量,这样的话,如图2b所示,在tAQ 结束时,输入正弦波与采样电容器上的信号之间的残余电压误差 (VERR) 也是非线性的。如果导通电阻是完全恒定的,误差曲线将是一条直线(如图3a和3b中所示),ADC输出上将不会出现失真。

让我们来看一个存在稳定问题的例子。出于成本和简化设计的原因,工业电力自动化应用不使用具有SAR ADC的前端放大器。图4显示了一个典型电路。

4:无前端放大器的典型ADC电路

图5显示的是使用具有一个前端RC滤波器的16位、8通道ADS8568 SAR ADC的电路的AC性能。如图4所示,在电路中不使用有源滤波的情况下,更高的电阻值和电容值将获得更好的滤波器效果。然而,这会导致不太令人满意的总谐波失真 (THD),这个值要远远劣于ADS8568数据表中-90dB的技术规格。一个二阶RC滤波器将使性能变得更加糟糕。根本原因在于,输入信号,VS,在ADC的采集时间内,并未在采样电容器,CSH,上完全稳定。

5:具有经简化前端RC滤波器的ADS8568的糟糕的AC性能

你可以用以下两个方法来解决这个稳定问题,并提升性能:

  1. 通过直接减少采样率来增加采样时间。你可以用方程式1计算出真实的采样时间,通过减少采样率来增加tACQ_Real 时间,这是因为ADC数据表中为(转换时间)指定了一个最大值(方程式2):

图6显示了一个使用二阶滤波器后的经刷新测试结果。在把采样率从10Ksps调整为1Ksps后,AC性能从之前的-65.46dBc大大改进为-92dBc THD。

6:采样时间增加后的测试结果

  1. 通过减少滤波器的阶数和减少XFLT/RFLT 的值来加快稳定。对于单阶滤波器来说,通过将前端电容器的值从22nF减少到820pF,保持10kΩ电阻器不变,并使用同样的10Ksps采样率,THD从-70.97dBc提升到-96.88dBc。你可以通过使用更慢的1Ksps采样率来进一步将THD性能提高到-103.61dBc。

图7显示的是测得的结果。需要注意的一点是,稳定时间改进与RC滤波影响之间的权衡。

7:稳定改进之后的测试结果

有多种解决稳定问题的方法。然而,这两个方法是最简单的。在设计一个SAR ADC数据采集系统时,需要特别注意信号稳定这一问题。你使用过其它方法来解决稳定问题吗?请在下方给我留言,你是怎么成功解决这个问题的,或者你试过哪些方法,但是没有奏效。

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THS7376 具有 1-SD 和 3-HD 8 阶滤波器和 6dB 增益的 4 通道视频放大器

THS7360 具有 3-SD 和 3-SD/ED/HD/全高清滤波器和高增益的 6 通道视频放大器

采用革命性的互补硅锗(SiGe)BiCom3X工艺制造,THS7360是一款低功耗,单电源,2.7 V至5 -V,六通道集成视频缓冲器。它包含三个SDTV滤波器通道和三个可选滤波器(SF)通道,带有SD /ED /HD /全高清(也称为True-HD)HDTV滤波。所有滤波器均具有六阶巴特沃斯特性,可用作数模转换器(DAC)重建滤波器或模数转换器(ADC)抗混叠滤波器。 THS7360还具有灵活的输入耦合功能,可配置为交流或直流耦合输入。 120 mV输出电平转换允许输出的全同步动态范围为0 V输入。交流耦合模式包括用于CVBS,Y'和G'B'R'信号的透明同步头钳位选项。通过在V S + 上增加一个外部电阻,可以很容易地实现C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置。 THS7360是所有视频缓冲应用的理想选择。其轨到轨输出级具有5.6 V /V增益(用于SD通道)和4.5 V /V增益(用于SF通道),可用于交流和直流线路驱动。驱动两条线或75- 加载的能力允许作为视频线驱动器的最大灵活性。 3.3 V和0.1μA(禁用模式)下的24.5 mA总静态电流使其成为必须满足功耗敏感能源之星标准的系统的理...

发表于 09-06 17:35 23次 阅读
THS7360 具有 3-SD 和 3-SD/ED/HD/全高清滤波器和高增益的 6 通道视频放大器

THS7372 具有 1-SD 和 3 全高清滤波器和 6dB 增益的 4 通道视频放大器

使用革命性的,硅 - 锗(SiGe)BiCom3X互补过程制造,THS7372是一款低功耗,单电源,2.7-V至5 -V,4通道集成视频缓冲器。它包含一个SDTV过滤器和3个固定全高清(真高清)HDTV过滤器。所有滤波器特有六阶巴特沃斯(Butterworth)特性,可用作模数转化器件(DAC)重构过滤器或模数转换器(ADC)图形保真滤波器。 THS7372有灵活输入耦合能力,并能被设置用于ac或者dc耦合输入.300- mV输出水平偏移允许具有0-V输入的全同步动态输出范围.AC-耦合模式包含一个透明同步顶端钳位电路以提供CVBS,Y',和G'B'R'信号。可通过添加一个外部电阻到V S + 来很容易地实现对P' B /P' R 的AC耦合偏压。 < p> THS7372是大范围视频缓冲应用的理想选择。它的具有6-dB增益的轨道轨道输出阶段允许ac和dc线路驱动。能驱动双线路,或者75-Ω负载,允许许作为视频线路驱动器的最大灵活性在3.3 V和0.1μA关系模式THS7372的封装方式为TSSOP-14无铅和环保(RoHS-符合)封装方式。 特性 一个用于CVBS视频的SDTV视频放大器...

发表于 09-06 17:33 45次 阅读
THS7372 具有 1-SD 和 3 全高清滤波器和 6dB 增益的 4 通道视频放大器

THS7316 3-Channel HDTV Video Amplifier with 5th-Order Filters and 6-dB Gain

采用硅锗(SiGe)BiCom-III工艺制造,THS7316是一款低功耗单电源,3 V至5 V,3 -channel集成视频缓冲区。它采用了5阶修改的Butterworth滤波器,可用作DAC重建滤波器或ADC抗混叠滤波器。 36 MHz滤波器是HDTV视频的理想选择,包括Y P B P R 720p /1080i,G B R (R G B )和VGA /SVGA /XGA信号。 作为THS7316灵活性的一部分,输入可配置为交流或直流耦合输入。 DC + 140-mV输入偏移可实现输出的全同步动态范围,输入为0V。交流耦合模式包括一个透明同步头钳位选项,用于同步信号,如Y 或绿色同步。通过增加一个外部电阻可以实现P B /P R /非同步通道的交流耦合偏置。 THS7316是所有输出缓冲器应用的理想选择。其轨到轨输出级具有6 dB增益,可用于交流和直流线路驱动。每个通道驱动2个视频行的能力,或75- 加载,可以最大限度地提高视频灵活性线路驱动器。 18.3mA的总静态电流使其成为USB供电,便携式或其他功率敏感视频应用的绝佳选择。 THS7316采用符合RoHS标准的小型SOIC-8封装。 特性 用于Y...

发表于 09-06 17:14 3次 阅读
THS7316 3-Channel HDTV Video Amplifier with 5th-Order Filters and 6-dB Gain

THS7314 3-Channel SDTV Video Amp w/5th Order Filters and 6-dB Gain

采用硅锗(SiGe)BiCom-III工艺制造,THS7314是低功耗单电源3 V至5 V 3-通道集成视频缓冲区。它采用了5阶巴特沃兹滤波器,可用作DAC重建滤波器或ADC抗混叠滤波器。 8.5 MHz滤波器是SDTV视频的完美选择,包括复合(CVBS),S-Video,Y'U'V',G'B'R'(R'G'B')和Y'P' B P' R 480i /576i。 作为THS7314灵活性的一部分,输入可配置为交流或直流耦合输入。 285 mV输出电平转换为输出时具有0 V输入的全同步动态范围。交流耦合模式包括一个透明同步头钳位选项,用于CVBS,Y'和G'B'R'信号同步。 C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置是通过在Vs +上增加一个外部电阻来实现的。 THS7314是所有输出缓冲应用的完美选择。其轨到轨输出级具有6 dB增益,可用于交流和直流线路驱动。驱动2线或75Ω负载的能力允许作为视频线路驱动器的最大灵活性。 3.3V的16mA总静态电流使其成为USB供电,便携式或其他功率敏感视频应用的绝佳选择。 THS7314采用小型SOIC-8封装,符合R...

发表于 09-06 17:11 28次 阅读
THS7314 3-Channel SDTV Video Amp w/5th Order Filters and 6-dB Gain

THS7313 使用 I2C 控制 +6dB 增益 SAG 修正 2:1 MUX 的 3 通道低功耗 SDTV 视频放大器

采用新型互补硅锗(SiGe)BiCom-III工艺制造,THS7313是一款低功耗,单电源2.7 V至5 -V,3通道集成视频缓冲器。它包含一个5 th 阶Butterworth滤波器,可用作数模转换器(DAC)重建滤波器或模数转换器(ADC)抗混叠滤波器。 8 MHz滤波器是SDTV视频的完美选择,包括复合(CVBS),S-Video,Y'U'V',G'B'R'和Y'P' B P' R 480i /576i。 THS7313的每个通道都是单独的I 2 C,可配置用于所有功能,使其适用于任何应用。其轨到轨输出级允许交流和直流耦合应用。 6 dB增益和内置SAG校正功能可实现最大的灵活性,作为输出视频缓冲器。 3.3 V(55 mW)的16.6 mA总静态电流使其成为USB的绝佳选择有源或便携式视频应用。完全禁用时,THS7313的功耗不到1μA。 THS7313采用小型无铅且符合RoHS标准的TSSOP-20封装。 作为THS7313灵活性的一部分,可以为交流或直流耦合输入选择2:1 MUX输入。交流耦合模式包括用于CVBS或Y'信号的同步头钳位选项,或用于C /P' B /P' R 通道的固定...

发表于 09-06 17:08 9次 阅读
THS7313 使用 I2C 控制 +6dB 增益 SAG 修正 2:1 MUX 的 3 通道低功耗 SDTV 视频放大器

THS7375 4-Channel SDTV Video Amplifier with 6th-Order Filters and 5.6V/V Gain

采用革命性的互补硅锗(SiGe)BiCom3X工艺制造,THS7375是一款低功耗,单电源,3 V至5 V四通道-channel集成视频缓冲区。它集成了一个六阶巴特沃兹滤波器(能够被旁路),可用作数模转换器(DAC)重建滤波器或模数转换器(ADC)抗混叠滤波器。 9.5 MHz滤波器是SDTV视频的完美选择,包括复合(CVBS),S-video,Y'U'V',G'B'R'(R'G'B'),Y'P'< sub> B P' R 480i /576i和SCART系统。 作为THS7375灵活性的一部分,输入可配置为交流或直流 - 耦合输入。 320 mV输出电平转换允许输出的全同步动态范围为0 V输入。交流耦合模式包括带有同步的CVBS,Y'和G'B'R'信号的透明同步头钳位选项。通过在V S + 上增加一个外部电阻,可以很容易地实现C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置。 THS7375是所有视频缓冲应用的理想选择。其轨到轨输出级具有5.6 V /V增益,可用于交流和直流线路驱动。这种架构使THS7375成为DaVinci™处理器的理想选择。每通道驱动两条线路或75Ω负载的...

发表于 09-06 17:06 40次 阅读
THS7375 4-Channel SDTV Video Amplifier with 6th-Order Filters and 5.6V/V Gain

THS7327 3-Ch RGBHV Video Buffer w/I2C Control

采用新的互补硅锗(SiGe)BiCom-III工艺制造,THS7327是一款低功耗,单电源2.7 V至5 -V,3通道集成视频缓冲器,带有H和V同步信号路径。它在每个通道上集成了可选的5阶Butterworth抗混叠滤波器。 9-MHz是SDTV视频的完美选择,包括复合视频,S-Video™和480i /576i。 16 MHz滤波器是EDTV 480p /576p和VGA信号的理想选择。 35 MHz滤波器适用于HDTV 720p /1080i和SVGA信号。 75 MHz滤波器是HDTV 1080p和XGA /SXGA信号的理想选择。对于UXGA /QXGA R'G'B'信号,可以旁路滤波器,允许500 MHz带宽,1150 V /μs放大器缓冲信号。 特性 用于CVBS,S-Video,SD /ED /HD Y'P' B P的3视频放大器' R ,G'B'R'和R'G'B'视频 具有Adj的HV同步路径。施密特触发器 2:1输入MUX I 2 C™控制所有功能 ADC上的集成低通滤波器缓冲器 5 th 订购巴特沃特特性 9 MHz,...

发表于 09-06 17:04 7次 阅读
THS7327 3-Ch RGBHV Video Buffer w/I2C Control

THS7303 具有 I2C 控制、选通滤波、+6db 增益 和 2:1 输入 MUX 的 3 通道低功耗视频放大器

采用新的互补硅锗(SiGe)BiCom-3工艺制造,THS7303是一款低功耗,单电源,2.7V至5 V,3通道集成视频缓冲器。它包含一个可选择的五阶巴特沃斯滤波器,以消除数据转换器图像。 9 MHz滤波器是SDTV视频的理想选择,包括复合(CVBS),S-Video和480i /576i Y'P' B P' R ,以及G'B'R'(R'G'B')发出信号。 16 MHz滤波器适用于EDTV 480p /576p Y'P' B P' R ,G'B'R'和VGA信号。 35 MHz滤波器可用于HDTV 720p /1080i Y'P' B P' R ,G'B'R'和SVGA /XGA信号。对于1080p或SXGA /UXGA信号,可以旁路滤波器,允许190 MHz带宽,300 V /μs放大器缓冲信号。 THS7303的每个通道都是单独的I 2 C可配置所有功能,使其适用于任何应用程序。其轨到轨输出级允许交流和直流耦合应用。 6 dB增益以及内置SAG校正功能可实现输出视频缓冲器的最大灵活性。 16.6 mA总静态电流(总功率55 mW)使THS7303成为出色的选择USB供电或便携式视频应用。完全禁用时,TH...

发表于 09-06 17:03 63次 阅读
THS7303 具有 I2C 控制、选通滤波、+6db 增益 和 2:1 输入 MUX 的 3 通道低功耗视频放大器

OPA360 采用 SC70 封装具有低通滤波器、内部 G=2 和 SAG 校正的 3V 视频放大器

OPA360高速放大器针对3V便携式视频应用进行了优化。它专门设计用于与嵌入在视频处理器中的数模转换器(DAC)兼容,例如德州仪器?数字媒体处理器系列及其他产品。输入共模范围包括GND,允许视频DAC与OPA360直流耦合。 输出摆幅在25mV的GND范围内,300mV连接到V +,标准的后端视频负载(150 )。内部电平转换电路可防止输出在0V输入时饱和,从而防止普通视频电路中的同步脉冲削波。因此,OPA360非常适合直流耦合到视频负载。如果首选交流耦合,OPA360提供垂度校正功能,可显着减小输出耦合电容的尺寸。 OPA360通过集成垂直校正,内部优化,适用于对空间敏感的应用增益设置电阻(G = 2)和2极视频DAC重建滤波器。 在关断模式下,静态电流减小到 凹陷校正 降低耦合电容器尺寸 输入范围包括接地 直流耦合输入 集成电平转换器 直流耦合输出(1) 无需输出电容器 轨到轨输出 低电流电流:6mA ...

发表于 09-06 16:48 10次 阅读
OPA360 采用 SC70 封装具有低通滤波器、内部 G=2 和 SAG 校正的 3V 视频放大器

OPA361 具有内部增益和滤波器的 3V 视频放大器

OPA361高速放大器针对3V便携式视频应用进行了优化。它专门设计为与德州仪器中嵌入的视频编码器兼容? OMAP2420和DaVinci处理器或具有0.5V PP 视频输出的其他应用处理器。输入共模范围包括GND,允许视频DAC(数字 - 模拟转换器)直流耦合到OPA361。电视检测功能通过促进视频传输的自动启动/停止,显着简化了最终用户界面。 输出摆幅在5mV的GND和250mV到V +之间,带有标准的后端视频负载( 150 )。内部电平转换电路可防止输出在0V输入时饱和,从而防止普通视频电路中的同步脉冲削波。因此,OPA361非常适合与视频负载直流耦合。 OPA361通过集成内部增益设置电阻(G = 5.2V /V)和2来针对空间敏感应用进行了优化 - 极视频DAC重建滤波器。 在关断模式下,静态电流减小到 与OMAP242x和DAVINCI兼容?处理器 2极重构滤波器 输入范围包括接地 直流耦合输入 集成LEVEL SHIFTER 直流耦合输出(1) 无需输出电容 ...

发表于 09-06 16:47 14次 阅读
OPA361 具有内部增益和滤波器的 3V 视频放大器

THS7319 具有 6dB 增益的 3 通道极低功耗、低截面 EDTV 视频放大器

采用革命性的互补硅锗(SiGe)BiCom3X工艺制造,THS7319是一款功耗极低的2.6V至5V单电源 - 供应,三通道,集成滤波器视频缓冲器。该器件非常适合电池供电的应用,其中尺寸和功率是关键参数。 3.3 V时总静态电流仅为3.4 mA,禁用时可降至0.15μA。 THS7319采用三个增强清晰度(ED)滤波器通道,具有三阶巴特沃斯特性。这些滤波器可用作数模转换器(DAC)重建滤波器或模拟数字转换器(ADC)抗混叠滤波器,支持480p /576p Y'P' B P'< sub> R 和R'G'B'视频。 THS7319也是产生标准清晰度(SD)信号的过采样系统的理想选择,包括CVBS,S-Video,480i /576i Y'P' B P' R , Y'U'V'和R'G'B'。 THS7319专为直流耦合输入而设计。为减轻任何DAC /编码器终端的相互作用,输入阻抗为2.4MΩ。 150 mV输出电平转换允许输出端具有完全同步动态范围,具有0 V输入,可防止同步压缩。轨到轨输出级支持交流和直流线路驱动。 THS7319采用符合RoHS标准的超小型MicrostarCSP 9球封装。 ...

发表于 09-06 16:44 34次 阅读
THS7319 具有 6dB 增益的 3 通道极低功耗、低截面 EDTV 视频放大器

THS7315 具有 5 阶滤波器和 5.2V/V 增益的 3 通道 SDTV 视频放大器

采用革命性的互补硅 - 锗(SiGe)BiCom3工艺制造,THS7315是一款低功耗,单电源,3 V至5 V V 3通道集成视频缓冲器。它采用了5阶巴特沃兹滤波器,可用作数模转换器(DAC)重建滤波器或模数转换器(ADC)抗混叠滤波器。 8.5 MHz滤波器是SDTV视频的理想选择,包括复合视频基带信号(CVBS),S-Video,Y ?? U ?? V ??,G ?? B ?? R ?? (R ?? G ?? B ??)和Y ?? P ?? B P ?? R 480i /576i。 THS7315输入可以是交流或直流耦合。 230 mV输出电平转换允许输出为0 V输入时的全同步动态范围。交流耦合模式包括具有底层同步的CVBS,Y'和G'B'R'信号的透明同步头钳位选项。通过在V S + 上增加一个外部电阻,可以很容易地实现C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置。 THS7315是所有输出缓冲应用的理想选择。其轨到轨输出级具有5.2 V /V增益,可实现交流和直流线路驱动,使其成为达芬奇处理器的完美选择。每个通道驱动两条视频线的能力,或者75- 加载,可以实现最大的灵活性视频线路驱动器。 3.3 V时的15.6 mA静态电流也使其成为USB供电,便...

发表于 09-06 16:33 17次 阅读
THS7315 具有 5 阶滤波器和 5.2V/V 增益的 3 通道 SDTV 视频放大器

THS7374 具有 9.5MHz 滤波器和 6dB 增益的 4 通道 SDTV(组件和复合)视频放大器

采用革命性的互补硅锗(SiGe)BiCom3X工艺制造,THS7374是一款低功耗,单电源3 V至5 V四通道 - 通道集成视频缓冲区。它集成了一个六阶巴特沃兹滤波器(能够被旁路),可用作数模转换器(DAC)重建滤波器或模数转换器(ADC)抗混叠滤波器。 9.5 MHz滤波器是SDTV视频的完美选择,包括复合(CVBS),S-video,Y'U'V',G'B'R'(R'G'B')和Y'P' B P' R 480i /576i。 作为THS7374灵活性的一部分,输入可配置为交流或直流耦合输入。 300 mV输出电平转换允许输出的全同步动态范围为0 V输入。交流耦合模式包括带有同步的CVBS,Y'和G'B'R'信号的透明同步头钳位选项。通过增加一个外部电阻可以很容易地实现C'/P' B /P' R 通道的交流耦合偏置。 THS7374是所有视频缓冲应用的完美选择。其轨到轨输出级具有6 dB增益,可用于交流和直流线路驱动。每通道驱动两条线路或75Ω负载的能力允许作为视频线路驱动器的最大灵活性。 3.3 V时的9.6 mA总静态电流和0.1μA禁用电流使其成为便携式或其...

发表于 09-06 16:31 43次 阅读
THS7374 具有 9.5MHz 滤波器和 6dB 增益的 4 通道 SDTV(组件和复合)视频放大器

OPA361-Q1 具有内部增益和滤波器的汽车类 3V 视频放大器

OPA361-Q1高速放大器针对3 V便携式视频应用进行了优化。它经过精心设计,与德州仪器(TI)OMAP2420及达芬奇处理器或支持0.5 V PP 视频输出的其他应用处理器中嵌入的视频编码器兼容。输入共模范围涵盖GND,这使视频数模转换器(DAC)能够与OPA361-Q1实现DC耦合。电视检测特性可通过协助实现视频传输的自动启动/停止来大幅简化最终用户接口。 5mV内的GND输出摆幅,250mV v +支持标准反向端接负载( 150Ω)。内部电平转换可防止输出出现0V输出饱和,从而可在通用视频电路中防止同步脉冲削波。因此,OPA361-Q1是DC耦合视频负载的理想选择。 OPA361 -Q1高度集成内部增益设置电阻器(G = 5.2V /V)与2极视频DAC重建滤波器,针对空间狭小的应用进行了优化。 在关断模式下,静态电流可降至1.5μA以下,从而可显降低功耗,延长电池使用寿命。 OPA361-Q1采用微小型2毫米×2.1毫米SC70-6封装。 特性 符合汽车应用要求 出色的视频性能 内部增益:5.2V /V 支持电视检测...

发表于 09-06 16:29 2次 阅读
OPA361-Q1 具有内部增益和滤波器的汽车类 3V 视频放大器