20位 1.8MSPS ADC CM2431，竞品AD4020，高性能与易用性的双重保障-电子发烧友网

在工业传感、精密仪器及医疗设备等高端应用领域，对数据采集系统的性能要求极为严苛。高精度SAR ADC是其中的核心角色，除了极致的性能与稳定可靠性外，从客户设计体验出发，在易用性上深思熟虑的ADC，才是更具综合竞争力的产品。

士模微电子推出的CM2431，是一款20bit、采样率高达1.8MSPS的SAR ADC。与国际竞品AD4020相比，CM2431在实现标杆级信噪比与宽温可靠性的同时，具有极佳的线性度，积分非线性指标低至±1.5ppm，以及更优的动态范围和更高效的功耗表现。

不同于传统SAR ADC，CM2431还集成了多项易用功能，为用户在系统应用中提供更多设计灵活度、解决应用难点，在实现更高系统性能的同时，满足用户对精简设计、节省成本和功耗的需求。

1、易用功能帮助实现精简设计

图1 预充输入驱动器（Pre-InputDriver)技术

预充输入驱动器简化系统集成

CM2431采用了“预充输入驱动器”(Pre-InputDriver)技术，可减小SAR ADC内部开关电容架构在采样开始时刻的信号回踢干扰，实现更易驱动ADC，从根本上简化系统设计。图2显示了在启用和禁用预充电输入驱动器下，CM2431模拟输入电流随输入差分电压的变化。若禁用预充电输入驱动器，CM2431的低输入电流也可使ADC比传统SAR ADC更容易驱动。而开启该功能后，模拟输入电流会降低到微安级以下，实现更好的驱动。相关技术点已申请发明专利保护。

图2 模拟输入电流随输入差分

启用预充输入驱动器(Pre-InputDriver)，用户能够直接使用低功耗、低带宽的精密放大器，搭配较低的RC滤波器截止频率来驱动ADC，无需额外部署昂贵的专用高速ADC驱动器，简化了外围电路设计。这一设计在精密、低带宽应用中，显著降低了系统功耗、体积与整体成本。

减少复杂前端设计，大幅降低对外部驱动电路的性能要求
降低BOM成本，节省PCB面积，简化选型和设计
更低功耗、更高集成度的系统解决方案

此外，预充输入驱动器(Pre-InputDriver)使得ADC前端的放大器和RC滤波器可以根据感兴趣的信号带宽来选择，而不受限于开关电容SAR ADC输入的稳定时间要求。预充电输入驱动器还可以提高THD性能，并降低100kHz频率以下输入信号的模拟输入电流。

钳位保护电路简化驱动设计

内部具有过压钳位二极管与量程压缩模式进一步降低了前级驱动器的设计难度。ADC驱动器为了实现优良的驱动性能，过去往往需要额外使用一个较低的负压电源。同时，驱动运放的正电源轨往往也会高于SAR ADC的电压限制。这都需要工程师设计额外的器件。CM2431具有大于VREF电压0.4V的钳位保护电路，量程压缩模式可以在保证输入量程的前提下，省去驱动运放的负压电源，这些特性使得驱动的设计变得简单。

此外，高速、高分辨率产品的数字接口设计和驱动调试始终是设计难点，CM2431的Turbo模式通过延长传输转换结果的时间，允许使用较低的SPI时钟频率。

2、动态范围更优，精准捕捉微弱信号

CM2431具备102dB的高动态范围，能够精细地分辨微弱信号差异。在信号处理、医学成像、科学测量及通信等对数据采集要求极高的应用场景中，这一特性赋予其显著优势。更高的动态范围意味着即使在复杂噪声环境中，仍可保持信号的完整性，为系统提供更为可靠的数据基础。

同时，CM2431高达1.8MSPS的采样率，使用户可以精确捕获高频信号并实现过采样；出色的线性度(INL typical下仅±2LSB以内)，能够保证系统在过采样后拥有极高的动态范围，比如在1024倍过采样时，可将动态范围提升至131dB左右，使系统能够同时捕获极微弱和强信号，兼顾“细微信号不失真”与“大幅值信号不饱和”。这一技术是高精度数据采集系统的核心手段，广泛应用于对信噪比要求极严苛的领域。