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無論就采樣率還是就信噪比而言，CCD (電荷耦合器件) 和其他傳感器對數(shù)字轉換器都有很高的要求。傳感器輸出一般是以地為基準的一系列模擬電平 (像素)，在像素的邊沿之間可能出現(xiàn)瞬態(tài)信號。像素數(shù)量增加時，捕獲圖像所需的 ADC 采樣率也隨之提高，就大多數(shù)大動態(tài)范圍應用而言，20Msps 流水線型 ADC 是足夠的。為確保所采樣信號具備最高 SNR 性能，ADC 的驅動電路必須提供低阻抗、快速穩(wěn)定以免引入寬帶噪聲以及對傳感器呈現(xiàn)高輸入阻抗。

本文描述一種用于傳感器和高性能 ADC 之間的接口電路，該接口電路不會損害 SNR 性能。LTC2270 16 位流水線型 ADC 系列適用于高端成像應用。該系列器件具備 84.1dB SNR，對成像應用非常有吸引力，這些器件還同時具有非常好的 SFDR (超過 100dB)。輸入范圍為 2.1VP-P，遠小于大多數(shù)成像器件的輸出，因此需要衰減和電平移位。

這些 ADC 的輸入必須用良好平衡的差分驅動信號來驅動。通�？蓮膫鞲衅鳙@得的單端驅動會迫使內部虛擬接地吸收共模輸入電流，這可能引起性能下降。這些 ADC 還是功率非常低的器件，僅為每通道 80mW。差分驅動實際上是低功率運行的基礎，因為單端驅動需要額外的功率，以在 ADC 中保持一個穩(wěn)定的內部基準點。這些器件用 1.8V 電源工作，這決定了相應的輸入范圍，如果沒有其他因素要求必須這么做，那么就遠離這一電源軌吧。遠離這一電源軌對防止差分相差很重要，差分相差常常與內部保護二極管的壓變電容有關。

這就是困境所在：既能執(zhí)行單端至差分轉換又不損害 ADC SNR 的差分放大器必然具有低的輸入阻抗(或電阻值很小的電阻器)，由于這種差分放大器必須快速穩(wěn)定至 16 位準確度，所以其功耗有可能達到 4 倍于 ADC 本身功率的量級。LTC6409 差分放大器是一個產生良好結果的典范，但僅消耗 260mW 功率，因此僅為了實現(xiàn)電平移位，就要求周圍的網絡消耗大約 40mW 功率。此外，為了實現(xiàn)低噪聲和保持相位裕度，需要電阻值相對較低的電阻器，這種電阻器也會消耗信號功率。

結果，這類差分放大器具有很低的輸入阻抗。為了向 CCD 提供高阻抗而需要的緩沖器也造成了一種困境。該緩沖器必須具有低噪聲，能在不到 25ns 時間內穩(wěn)定，能以足夠大的 dV/dt 轉換以在瞬態(tài)時保持閉環(huán)工作。此外，該緩沖器必須能驅動低輸入阻抗差分放大器。然而，應用要求低功耗。如果期望放大器用單電源軌工作，那么這一困境會更嚴重。

大多數(shù)差分放大器都有若干問題，因為它們或者需要在放大器之后進行一定程度的頻帶限制，以至于穩(wěn)定時間受到損害，或者在增益低于 1 (噪聲增益低于 2) 時不是非常穩(wěn)定，因此往往會振鈴。很多這類放大器與 1.8V ADC 不是共模兼容的，或者它們沒有足夠的空間來容納雙終接濾波器或允許在放大器之后進行電平移位。LTC6404 是一個很好的案例。該器件在單位增益時是穩(wěn)定的，不像有些器件那樣會振鈴，有可能與放大器之后的衰減器一起使用，但是輸入參考噪聲是 1.5nV。相比之下，LTC6409 的輸入參考噪聲為 1.1nV。LTC6404 的噪聲密度峰值頻率遠高于 100MHz，該器件消耗 175mW，而且與 LTC2270 所要求的 900mV 共模電壓并不真正兼容。如果在該器件之后有一個濾波器并進行電平移位，那么阻抗就會大到一定程度，需要消耗大約 80mW 功率，從而使分壓器中的電壓下降。該放大器有可能用 +3.3V 和 –2V 電源工作，以解決共模兼容性，而且在放大器之后無需電平移位，就可產生更大的信號擺幅。但是負電源常常不是設計師可以接受的。

放大器可用的穩(wěn)定時間也許不是整個時鐘周期。電源也許決定了這一點，但是存在一個 ADC 在相反的時鐘邊沿上產生的干擾，即使放大器未受干擾，這也會使濾波器僅有 1/2 時鐘周期的穩(wěn)定時間。如果放大器受到這種事件的干擾，那么它就不會給濾波器留下很多的穩(wěn)定時間。