本文討論了如何成功實現兩個基準電壓源電路，以滿足超聲成像應用的節省空間需求，這些應用通常需要一個基準電壓源來為多個模數轉換器（ADC）供電。最后，對兩個電路進行了測試，其結果將在以下筆記中討論。

具有多個模數轉換器（ADC）的系統可實現的精度直接取決于施加到ADC的基準電壓。例如，醫療超聲成像系統通常在接收器的波束成形器電子設備中包括大量ADC，通常按16、24、32等分組組織。最大光束精度要求您將此路徑中的誤差降至最低。單個ADC基準電壓精度差會降低整個系統的性能，分布式負載也是如此，分布式負載由許多單獨的阻性和容性負載組成。有幾種方法可以為此類ADC陣列提供基準電壓：

單獨的片內基準電壓源：雖然它提供了與每個ADC的本地連接，但該選項的轉換器之間的匹配相對較差。

施加于ADC陣列所有基準輸入的單個外部基準電壓：這種配置允許您設計任意精度的外部基準電壓，但由于電阻梯形（每個ADC內部一個梯形）之間的微小變化而產生誤差。

驅動ADC基準梯形圖的外部基準電壓源直接抽頭：此選項通過直接控制施加到每個ADC階梯的基準電壓來提供最大的增益精度。但是，它需要驅動梯形圖的（相對）低電阻，并且某些ADC不允許訪問該內部偏置點。

模數轉換器精度

對于許多應用，增益和噪聲電平對ADC精度有重大影響。ADC的增益由其傳遞函數的斜率表示，該斜率將模擬輸入與數字輸出代碼的允許范圍相關聯。量化增益的一種方法是測量滿量程（FS）輸入范圍，該范圍由基準電壓電平直接控制。對于醫療超聲成像系統，ADC滿量程范圍的變化會導致聲束形成誤差。這也改變了ADC的削波點——這種效應在某些信號解調方案中可能很重要。

ADC的噪聲電平決定了其可用動態范圍;此動態范圍通常應盡可能大。ADC噪聲的參考噪聲分量可以是加法或乘法。加性噪聲很容易通過各個ADC上的本地旁路電容濾除，在大多數設計中，這些電容已經存在，以優化ADC的動態性能。

另一方面，乘法噪聲更陰險。對于超聲應用，音頻頻譜中的參考噪聲可以調制RF頻譜中的大“靜止”信號。這種信號由超聲靶標中的靜止組織產生。音頻調制在RF信號上產生邊帶，該邊帶可由多普勒檢波器解調，從而在檢測到的多普勒輸出信號中產生音頻音調。

為了估算超聲應用中可容忍的音頻噪聲量，假設施加到MAX10等1448位ADC的近滿量程RF信號。該器件的動態范圍（近60dB）意味著-60dBFS的本底噪聲。該噪聲水平可以歸一化為1Hz帶寬。80MHz采樣速率的奈奎斯特帶寬為40MHz。校正因子為√（40MHz）= 76dB，使ADC的本底噪聲為-60dBFS - 76dBFS = -136dBFS。由于保守設計要求基準電壓噪聲至少低20dB（-156dBFS），因此+2.0V基準要求33nV的極低噪聲水平P-P（約 8nV有效值/√赫茲）。

具有多個ADC的陣列可能需要比每個轉換器內部電壓更精確的基準電壓（例如，MAX144x轉換器的內部基準精度為±1%）。以下兩個電路作為此類陣列的參考設計提交。它們具有單個通用低頻噪聲濾波器，并通過單個ADC上的本地去耦電容實現高頻噪聲抑制。

單個外部基準

基于MAX144x系列的多路轉換器系統非常適合與公共基準電壓配合使用。這些轉換器的REFIN引腳可以直接連接到外部基準源，無需修改任何電路。此外，REFIN的高輸入阻抗（即使是并聯連接的多個REFIN端子）僅消耗很小的負載電流。

MAX6062 （IC1）等精密電源產生+2.048V的外部直流電平（圖1），噪聲電壓密度為150nV/√Hz。其輸出通過1極點低通濾波器（截止頻率為10Hz）至運算放大器（IC2），如MAX4250，在輸出施加至第二個10Hz低通濾波器之前緩沖基準。IC2 （MAX4250）提供低失調電壓（用于高增益精度）和低噪聲電平。緩沖器后面的無源10Hz濾波器衰減基準電壓源和緩沖器級產生的噪聲。濾波后的噪聲密度在頻率越高時會降低，滿足精確ADC操作規定的噪聲水平。

圖1.對于超聲應用，單個低噪聲基準電壓源電路可驅動多達1000個ADC。

MAX144x系列轉換器的典型增益誤差為±4.4% （優于±0.5dB）。這種性能優于超聲接收器信號路徑中所有其他構建模塊的增益容差。請注意，由于所有有源器件均由相同的電源電壓驅動，因此可確保正確的上電/關斷時序。這種方法能夠以最少的電路實現出色的增益匹配和極低的噪聲水平，并且應該足以滿足許多需要多個增益匹配ADC的應用。

生成精密外部基準

對于要求更嚴格的增益匹配的應用（圖2），MAX144x系列同樣非常適合。將每個REFIN連接到模擬地可禁用每個器件的內部基準，從而允許內部基準梯由一組外部基準源直接驅動。這些電壓可以具有任意嚴格的容差，ADC通常在0.1%以內跟蹤它們。該系列ADC還在梯形基準連接上具有4kΩ電阻，即使許多ADC并聯工作，也可以輕松驅動負載。

圖2.同樣對于超聲應用，精密低噪聲基準電壓源電路可驅動多達32個ADC。

+2.500V的直流電平可由精密電源（IC1）產生，如MAX6066，后接10Hz低通濾波器和精密分壓器。該分壓器的緩沖輸出設置為+2.0V、+1.5V和+1.0V，精度取決于分壓電阻的容差。

這三個電壓由四通道運算放大器IC2（MAX4254）緩沖，IC10因其低噪聲和直流失調而被選中。各個電壓跟隨器連接到3Hz低通濾波器，該濾波器將基準電壓和緩沖放大器噪聲濾波至2nV/√Hz電平。+0.1V和+0.2V基準電壓將相關ADC的差分滿量程范圍設置為<>VP-P.+2.0V和+1.0V緩沖器驅動ADC之間的內部梯形電阻：4kΩ除以電路中的ADC數量。例如，32個ADC將從這些電源吸收8mA電流，負載電流完全在IC2（MAX4252）的能力范圍內。

這種配置的增益精度幾乎可以任意好，這取決于IC1的精度等級（此處為MAX6066）和分壓器中電阻的容差。在這種配置中，每個ADC的增益匹配通常為0.1%。當噪聲電平低于3nV/√Hz（100Hz時）時，該電路具有出色的性能。如圖1所示，所有有源組件的通用電源消除了上電或斷電時電源排序的任何顧慮。

當運算放大器的輸出匹配優于0.1%時，可以復制這些緩沖器和后續低通濾波器，以支持多達32個ADC。對于需要32個以上匹配ADC的應用，強烈建議使用所有轉換器通用的基準電壓源和分壓器串。

總結

需要大量具有良好通道間匹配的數據轉換器的系統需要仔細設計基準電壓源系統。使用通用、高精度、低噪聲基準電壓源驅動所有ADC是實現高精度匹配的寶貴方法。MAX10x系列144位ADC具有靈活的基準輸入和出色的動態性能，是此類應用的熱門選擇。

審核編輯：郭婷