低功耗 ADC

凌力爾特公司 混合信號產品部 產品市場經理 Alison Steer

    在 ADC 領域，市場需求可以總結為為數很少的幾個重要要求：最低功耗、最低噪聲、最低失真、最高分辨率、串行接口、更高的通道集成度和更寬的帶寬。低功耗不僅在基站等始終保持接通的系統中很重要，在空氣流動有限或根本沒有空氣流動、以及排列緊密的機箱中也很重要，對便攜式應用當然也重要。打盹和停機模式可以進一步降低功耗。在某些點上，降低 ADC 的功耗導致收益遞減，在這些地方，ADC 驅動器比 ADC 本身消耗的功率還大。凌力爾特公司已經開發了新的方法，可用來降低整個信號鏈路的功耗。例如，延長 SAR ADC 的采樣時間，就可以使用穩定速度慢得多但功耗更低的驅動器。另一種僅在凌力爾特 SAR ADC 中使用的方法是數字增益壓縮 (DGC)，這種方法去掉了驅動器放大器的負電源，同時 ADC 的分辨率一點都不損失。消除負軌降低了信號鏈路的總體功耗，并簡化了設計。

    由于凌力爾特的 SAR ADC 架構具備自動斷電功能，所以功率隨采樣率線性變化，因此器件采樣速率越低，消耗的功率就越低。用一個沒有最低采樣率要求的真正無延遲 SAR ADC，單次采樣操作可用來降低功耗，從而甚至在冗長的空閑周期之后， ADC 也能進行準確的測量。

    減小 ADC 驅動器必須驅動的輸入范圍，也可以大幅降低信號鏈路的功耗。如果輸入范圍加倍，那么噪聲指數就增大 6dB，放大器所需的功率就提高 4 倍。就一個給定的驅動器而言，較小的 ADC 輸入范圍會產生較低的互調失真 (IMD) 分量。

    較大的輸入范圍用來實現較高的 ADC SNR 性能，但是較大的輸入范圍未必產生較佳的輸入參考噪聲，這在紅外線、X 射線成像、細胞分選儀等低功率、高準確度應用中是很重要的。人們希望得到低輸入參考噪聲，因為這可以為應用提供好得多的有效分辨率或無噪聲代碼分辨率。在對以下二者進行輸入參考噪聲比較時，出現了有趣的結果：一個是具備 8Vp-p 輸入范圍的 16 位 10Msps SAR ADC，另一個是具備 2.1Vp-p 輸入范圍的凌力爾特 16 位 20Msps 流水線 ADC。比較發現，后者在功耗幾乎為 SAR ADC 一半的情況下，輸入參考噪聲僅為 46µVrms (而前者為 75µVrms)。

    較低功耗的 ADC 及其能降低信號鏈路總體功耗的有關功能為很多手持式產品帶來了競爭優勢，使這些產品的電池在兩次充電之間能運行更長時間。很多應用現在可以升級，以利用分辨率更高、采樣速度更快的器件，同時降低系統的總體功耗。這簡化了前端設計，所需的增益級更少，濾波要求也更低。過采樣也可以發現一些較低速率 ADC 可能發現不了的細節，例如重疊或畸形脈沖。已經從這種可用性能提高中受益的應用包括手持式測試設備、醫療成像、光譜儀、平版印刷、風速計、固態照明、工業傳感器、功率計和可編程邏輯控制器，等等。<