提升ADC分辨率的电路设计

　　在模拟多路复用器达到稳定之后，快速比较器IC1立刻完成适当的增益设置。比较器的阈值电压使信号被IC6 和IC7放大后不会饱和或嵌位。AD8561 比较器的响应时间为7 ns，它提供一个锁定信号，能够在放大器达到稳定期间和ADC捕获信号期间保持增益不变。通常的PGA配置要求用户在输入端施加信号之前预先设置放大器的增益。图2中的PGA具有自动设置增益范围的特点，它能够选择最适当的PGA增益以获得最高精度而不引起信号饱和或嵌位。比较器包含滞后电路，以便在信号接近某一个具体增益范围限制时减少设置的增益变化。该电路能自动将ADC的精度提高到19位，同时又能保持其1MSPS的全速采样速率。
　　IC6 使用1或8的增益设置对多路复用器的输出信号进行放大，如果需要提供最大可达到25的不同增益，可以改变反馈网络电阻。模拟开关IC3控制增益的设置。运算放大器AD8021的高增益带宽乘积能提供足够的带宽，因而其补偿电容对所有的增益保持相同。放大器IC7 为ADC产生差分输入信号。比较器和放大器的建立时间以及ADC的捕获时间都远小于ADC 的1μs的转换时间。ADC两个输入端的RC噪声滤波器R1/C1和R2/C2，它们占用额外时间。这些滤波器限制PGA的噪声带宽。当IC7 的增益为-1时，PGA是数据采集系统主要的噪声源。
　　图3示出该电路设计的线性误差。在这种最高增益设置条件下达到如此低的线性误差（图中示出最大值为0.44 LSB，最小值为-0.37 LSB）并非易事。这相当于±0.9 ppm的典型误差。当增益为8时，输出噪声为85 μV rms。如果需要，可以利用软件平均进一步减少噪声。图4示出使用AD7677评估板构成的完整数据采集系统，印制电路板面积为15×30 mm。

See Fig 3 of original article）
图3 数据采集系统对于所有可能ADC数字量的线性误差