要獲得ADC的最佳SNR性能并不僅僅是給ADC輸入提供低噪聲信號(hào)，提供一個(gè)低噪聲基準(zhǔn)電壓是同等重要。雖然基準(zhǔn)噪聲在零標(biāo)度沒有影響，但是在全標(biāo)度，基準(zhǔn)上的任何噪聲在輸出代碼中都將是可見的。對(duì)于某個(gè)給定的ADC，在零標(biāo)度測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍（DR）之所以通常比在全標(biāo)度或接近全標(biāo)度測(cè)量的信噪比（SNR）高出幾個(gè)dB，原因即在于此。在ADC的SNR有可能超過(guò)140dB的過(guò)采樣應(yīng)用中，提供一個(gè)低噪聲基準(zhǔn)電壓是特別重要。如欲實(shí)現(xiàn)這種水平的SNR，即使是最好的低噪聲基準(zhǔn)也需要一些幫助以降低其噪聲電平。

能夠降低基準(zhǔn)噪聲的替代方案有幾種。增加旁路電容器的大小或在基準(zhǔn)輸出端上采用一個(gè)簡(jiǎn)單的低通RC濾波器不是良好的替代方案?；鶞?zhǔn)輸出端上一個(gè)大的旁路電容器本身不能產(chǎn)生一個(gè)足夠低的有效截止頻率。無(wú)源RC濾波器本身雖可提供一個(gè)低的截止頻率，但是會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨著采樣頻率和溫度而變化的輸出電壓。并聯(lián)多個(gè)低噪聲基準(zhǔn)的輸出是一種有效的替代方案，不過(guò)這種做法成本昂貴且功耗很大。

這里介紹的基準(zhǔn)濾波器可在不明顯損害基準(zhǔn)準(zhǔn)確度或溫度系數(shù)的情況下產(chǎn)生一個(gè)低噪聲基準(zhǔn)電壓，而且僅以適中的功耗和成本就可做到這一點(diǎn)。

電路描述

本例中所使用的ADC是LTC2508-32（U1）。LTC2508-32是一款具有一個(gè)低通數(shù)字濾波器的低噪聲、低功率、32位SARADC，該濾波器具有4種引腳可選且范圍從256至16384的降頻采樣因子（DF）。有必要采用一個(gè)低噪聲、低溫度漂移基準(zhǔn)以實(shí)現(xiàn)LTC2508-32的全面性能。

在本例中采用的基準(zhǔn)是LTC6655-5（U2）。LTC6655-5提供高準(zhǔn)確度（±0.025%最大值）、異常低的噪聲（0.67ppmRMS典型值）和漂移（2ppm/°C最大值）性能。即使其擁有異常低的噪聲性能，LTC6655-5仍然降低了LTC2508-32的SNR性能。

LTC2057（U3）是一款抑制了1/f噪聲的零漂移運(yùn)放。LTC2057具有一個(gè)小于200pA的輸入偏置電流（IB）、一個(gè)4μV的最大失調(diào)電壓和一個(gè)0.015μV/°C的最大失調(diào)電壓溫度系數(shù)。這明顯低于LTC6655-5的溫度系數(shù)（2ppm/°C=10μV/°C）。

LT6202（U4）是一款低噪聲、快速穩(wěn)定運(yùn)放，其擁有必要的高短路電流耐受能力，以驅(qū)動(dòng)LTC2508-32REF引腳上所需的47μF旁路電容器。

圖1：經(jīng)過(guò)濾波的LTC6655-5輸出使LTC2508-3232位ADC的SNR增加6dB電路性能

圖1中的電路采用R2和C3形成一個(gè)0.8Hz濾波器，以對(duì)基準(zhǔn)（U2）的輸出進(jìn)行濾波。電容器C3應(yīng)當(dāng)是一個(gè)薄膜電容器。鉭電容器和電解電容器具有高漏泄，因而將在R2的兩端產(chǎn)生一個(gè)偏移。陶瓷電容器會(huì)呈現(xiàn)微音器效應(yīng)，這在低頻條件下會(huì)導(dǎo)致噪聲的增加。濾波輸出由U3的高阻抗輸入進(jìn)行緩沖。U3的200pA最大IB在R2的兩端產(chǎn)生一個(gè)僅2μV的最大電壓降。這與LTC2057的失調(diào)電壓組合起來(lái)產(chǎn)生一個(gè)6μV的最大誤差，與LTC6655-5的0.025%（1.25mV）最大初始準(zhǔn)確度規(guī)格相比，這是相對(duì)微不足道。U3和U4形成了一個(gè)復(fù)合放大器，其具有LTC2057的低失調(diào)、失調(diào)溫度系數(shù)和得到抑制的1/f噪聲、以及LT6202的快速穩(wěn)定特性。U1的REF引腳從C1抽取電荷，抽取的電荷量隨采樣速率和輸出代碼而變化。U4必須補(bǔ)充該電荷以保持REF引腳電壓的固定。R5用于把U4和C1隔離開來(lái)以改善REF引腳上的穩(wěn)定。電壓和溫度額定值較高且物理尺寸較大的陶瓷電容器具有較低的電壓系數(shù)，從而提供一個(gè)較高的有效電容。由于這個(gè)原因，C1應(yīng)該是一個(gè)1210尺寸和10V額定電壓的X7R型陶瓷電容器。

如表1所示，LTC2508-32表現(xiàn)出幾乎像理論的運(yùn)行方式，當(dāng)ADC輸入連接在一起且REF引腳由LTC6655-5直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，降頻采樣因子每增加4倍，動(dòng)態(tài)范圍增大差不多6dB。表1另外還顯示，當(dāng)ADC驅(qū)動(dòng)至接近全標(biāo)度時(shí)，SNR比DR小了多達(dá)7.8dB（采用LTC6655-5直接驅(qū)動(dòng)ADCREF引腳）。這是由于基準(zhǔn)的噪聲所致。采用圖1所示電路驅(qū)動(dòng)LTC2508-32的REF引腳可實(shí)現(xiàn)高達(dá)6.1dB的SNR改善幅度，如表1所示。

表1：由LTC6655-5和經(jīng)過(guò)濾波的LTC6655-5直接驅(qū)動(dòng)REF引腳時(shí)LTC2508-32的SNR比較（采用圖1中的電路）

諸如LTC2057等斬波穩(wěn)定式運(yùn)放常常顯示出位于斬波頻率及其奇次諧波的音調(diào)。LTC2057運(yùn)用電路以把這些人為干擾抑制在遠(yuǎn)低于失調(diào)電壓。該電路與ADC自己的濾波器組合工作，以把任何可見音調(diào)從運(yùn)放的斬波頻率中消除，如圖2的噪聲層曲線圖所示。圖2中給出的曲線圖是5次數(shù)據(jù)捕捉的平均值，旨在使噪聲層平滑，以顯露甚至任何雜散音調(diào)最小的痕跡。

圖2：靠近FS的LTC2508-32噪聲層顯示，采用圖1所示電路來(lái)驅(qū)動(dòng)REF引腳時(shí)無(wú)雜散音調(diào)

結(jié)論

本文說(shuō)明了一款濾波器電路，該電路可在不損害其準(zhǔn)確度或溫度系數(shù)的情況下降低基準(zhǔn)輸出噪聲，并且僅要求適中的功耗和成本。與采用基準(zhǔn)直接驅(qū)動(dòng)ADC相比，把該電路的輸出加至LTC2508-32的基準(zhǔn)引腳，可在一個(gè)降頻采樣因子范圍內(nèi)使32位低噪聲ADC的SNR性能指標(biāo)改善多達(dá)6.1dB。
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