低功耗 ADC

凌力尔特公司 混合信号产品部 产品市场经理 Alison Steer

    在 ADC 领域，市场需求可以总结为为数很少的几个重要要求：最低功耗、最低噪声、最低失真、最高分辨率、串行接口、更高的通道集成度和更宽的带宽。低功耗不仅在基站等始终保持接通的系统中很重要，在空气流动有限或根本没有空气流动、以及排列紧密的机箱中也很重要，对便携式应用当然也重要。打盹和停机模式可以进一步降低功耗。在某些点上，降低 ADC 的功耗导致收益递减，在这些地方，ADC 驱动器比 ADC 本身消耗的功率还大。凌力尔特公司已经开发了新的方法，可用来降低整个信号链路的功耗。例如，延长 SAR ADC 的采样时间，就可以使用稳定速度慢得多但功耗更低的驱动器。另一种仅在凌力尔特 SAR ADC 中使用的方法是数字增益压缩 (DGC)，这种方法去掉了驱动器放大器的负电源，同时 ADC 的分辨率一点都不损失。消除负轨降低了信号链路的总体功耗，并简化了设计。

    由于凌力尔特的 SAR ADC 架构具备自动断电功能，所以功率随采样率线性变化，因此器件采样速率越低，消耗的功率就越低。用一个没有最低采样率要求的真正无延迟 SAR ADC，单次采样操作可用来降低功耗，从而甚至在冗长的空闲周期之后， ADC 也能进行准确的测量。

    减小 ADC 驱动器必须驱动的输入范围，也可以大幅降低信号链路的功耗。如果输入范围加倍，那么噪声指数就增大 6dB，放大器所需的功率就提高 4 倍。就一个给定的驱动器而言，较小的 ADC 输入范围会产生较低的互调失真 (IMD) 分量。

    较大的输入范围用来实现较高的 ADC SNR 性能，但是较大的输入范围未必产生较佳的输入参考噪声，这在红外线、X 射线成像、细胞分选仪等低功率、高准确度应用中是很重要的。人们希望得到低输入参考噪声，因为这可以为应用提供好得多的有效分辨率或无噪声代码分辨率。在对以下二者进行输入参考噪声比较时，出现了有趣的结果：一个是具备 8Vp-p 输入范围的 16 位 10Msps SAR ADC，另一个是具备 2.1Vp-p 输入范围的凌力尔特 16 位 20Msps 流水线 ADC。比较发现，后者在功耗几乎为 SAR ADC 一半的情况下，输入参考噪声仅为 46µVrms (而前者为 75µVrms)。

    较低功耗的 ADC 及其能降低信号链路总体功耗的有关功能为很多手持式产品带来了竞争优势，使这些产品的电池在两次充电之间能运行更长时间。很多应用现在可以升级，以利用分辨率更高、采样速度更快的器件，同时降低系统的总体功耗。这简化了前端设计，所需的增益级更少，滤波要求也更低。过采样也可以发现一些较低速率 ADC 可能发现不了的细节，例如重叠或畸形脉冲。已经从这种可用性能提高中受益的应用包括手持式测试设备、医疗成像、光谱仪、平版印刷、风速计、固态照明、工业传感器、功率计和可编程逻辑控制器，等等。<