PGA把ADC分辨率提高到19位.doc
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1、PGA把ADC分辨率提高到19位许多数据采集系统都要求高精度和快速采集数据,以便允许该系统能够检测小信号并且能将更多的传感器通道*在同一系统。传感器通道越多,系统的外形就能够越小,成本和功耗也越低。远程光通信和医用设备(例如,CT扫描仪)即得益于快速和高精度的数据采集系统。在光功率系统(例如,激光泵)中,需要不断监视其功率水平。在这种数据采集系统中,对于需要90dB动态范围的输入激光功率,其激光控制环路响应时间要求具有1MSPS的采样率。在CT扫描仪中,数据采集系统必须具有16 b到22 b的分辨率,以便处理通过各种人体组织的宽动态范围的X射线信号。该系统需要大量的光检测器(较多的数据采集通道
2、)和高精度数据采集以提高图像分辨率。以上两个例子说明了系统要求的是相对精度,而非绝对精度。尽管能够检测出10nW的功率变化相对于1W的输入光功率很重要,但同样的10nW变化作为1.00001mW与1mW之差的绝对值则显得无足轻重。然而表征模数转换器(ADC)精度的技术指标-积分线性误差(INL)是一种绝对误差。为了获得最佳相对精度,本文提出一种创新的解决方案是在精密ADC前端使用可编程增益放大器(PGA)。AD7677 ADC的满量程线性误差为15 ppm(在16 bit分辨率条件下为1 LSB)。在此ADC前端的PGA达到稳定状态的建立时间必须足够快,以便与具有相同分辨率ADC的转换速度相匹
3、配。另外,该PGA还必须具有尽可能低的噪声,因为它决定数据采集系统的信噪比(SNR)。为了解决这些问题,本设计中的放大器采用AD8021运算放大器,它具有满足设计要求的速度、精度和快速建立时间,并且其电压噪声谱密度仅为2 nV/Hz。图1示出该PGA增益设置与其ADC精度的对应关系。当输入信号幅度很低时能使该系统达到19 b精度。图1 在16位 ADC前端使用一个PGA能将其精度提高到19 位ADC的相对精度通常是指在满度范围被校准的情况下,任意数字量所对应的模拟量实际值与理论值之间的偏差最大值,用相对满度范围百万分比(ppm)表示(也可用百分比,或LSB表示),再加减()其系统测量过程引起的
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