很久以前，精確電氣的測量是在原始的實驗室環境中進行的，在這類環境中，有充足的電力供應，時間分配也能確保極高的準確性。今天，人們希望將儀表攜帶到現場，讓儀表靠電池電源運行，并立即實現更高的準確性。模擬電路與數字電路不同，不會從較小的幾何尺寸產生的比例效應中受益。如果功率消耗得較少，那么噪聲（精確測量的大敵）實際上增加了。隨著新的低壓工藝出現，信噪比（SNR）變得更差了，這是可以理解的，因為信號幅度減小了。那么，在提高性能的同時，模擬信號鏈路怎樣“走向綠色”呢？

　　很多高速儀表的核心是一個高速模數轉換器（ADC）。例如，金屬物體的非破壞性測試采用一種類似于醫療超聲的成像方法，采用這種方法時，數字圖像傳感器為高速ADC提供信號。在有些情況下，會有很多通道，因此尺寸和功耗是關鍵。便攜式儀表顯然需要節省電池功率，不過即使是固定式安裝，也會關注功率，無論是為了實施“綠色”計劃，還是僅僅要在外形尺寸緊湊的儀表中最大限度地降低熱量。ADC的趨勢是走向采用幾何尺寸更小的工藝，并使用1.8V電源以降低功耗，但要實現與類似的3V器件同樣或更高的性能，就需要更聰明的ADC設計。

　　凌力爾特開發出了幾款引腳兼容、采樣率高達125Msps的1.8V超低功耗12位/14位和16位ADC系列，這些器件以非常低的功率提供卓越的動態性能。這些新器件無需減少功能或提高前端放大器的要求，就可以極大地降低功耗。由于可以選擇單、雙、4和8通道ADC，因此客戶可以實現非常高的通道密度，同時確保系統中的熱量最低。不過，ADC只是該鏈路的其中一部分。整個信號鏈路必須良好匹配，以使儀表順利工作。

　　匹配的信號通路設計

　　就需要16位性能和超低功耗以延長電池壽命的應用而言，LTC2195系列是理想的解決方案。便攜式儀表是一個完美的例子。在很多應用中，來自傳感器的信號必須在ADC采樣前進行調理。就這項任務而言，選擇與ADC性能匹配的低噪聲、低功率放大器是很重要，例如可以選擇LTC6406，該器件與LTC2195系列是良好匹配的。

　　LTC6406是一款全差分放大器，具低噪聲（在輸入端為1.6nV/√Hz）和高線性度（在20MHz時為+44dBmOIP3），采用小型3mmx3mmQFN封裝。增益是用外部電阻器設定的，從而為用戶提供了最大的設計靈活性。低功耗（用3.3V電源時為59mW）最大限度地降低了對系統功率預算的影響。這個放大器的共模電壓范圍還延伸至0.5V，這意味著，它可以與LTC2195無縫配對，因為LTC2195具0.9V的標稱共模電壓。

　　一般情況下，數字傳感器的輸出是單端的。這就要求ADC采樣之前，進行單端至差分轉換。如果DC響應也需要，那么就不能用變壓器。這種情況就需要諸如LTC6406這種能進行單端至差分轉換的低噪聲放大器。

　　該放大器之后必須跟隨一個濾波器，以降低放大器的寬帶噪聲，并隔離放大器輸出與ADC輸入，ADC輸入產生與采樣電容換向有關的共模干擾。濾波器有助于衰減這類干擾，從而保護了放大器。高階濾波器并不需要，因為放大器的噪聲相當低。轉角頻率為12MHz的濾波器用在這里就足夠了，它不會降低ADC的性能。

　　最終的濾波器應該設計僅為降低放大器的寬帶噪聲，而不是作為具陡峭過渡頻帶的選擇性過濾器。濾波器的陡峭過渡頻帶會增加插入損耗，并減低放大器OIP3，這會導致傳感器信號失真。圖1所示電路達到了這個目標。

　　圖1：單端至差分接口至高速ADC

　　所采用的ADC是LTC2195，該器件是一款16位125Msps、同時采樣、雙通道ADC，用單一1.8V電源工作。該器件以每通道216mW的功率實現了與消耗1.25W功率的ADC幾乎同樣的SNR性能。LVDS串行接口允許該器件占用的電路板空間不到以前ADC的一半，還由于減少了I/O數，還允許使用更小的FPGA。這個電路與LTC6406一起，僅消耗275mW功率，這對多通道系統而言是一個顯然的優勢。這個電路可以非常容易地應用于該系列的14位和12位器件，或應用于以低得多的采樣率采樣的轉換器，從而進一步節省了功率。

　　結果顯示，在低輸入頻率時，放大器的線性度不會降低ADC的SFDR。SNR也保持在76.5dB不變。當以單位增益使用時，LTC6406不降低LTC2195的SNR或SFDR。

　　結論

　　無論就固定式安裝還是就便攜式設備而言，向“綠色”儀表和測試設備發展的趨勢是不可避免的。隨著性能的提高和功耗要求的降低，匹配整個信號鏈路的組件變得非常重要了。就16位性能而言，LTC2195這款ADC最適合分辨率很高且關注功率的傳感器應用，而LTC6406則是一個匹配很好的驅動器放大器，該放大器不會使LTC2195的性能打折扣，而且其功率要求也很低。通過用一個相對低階的濾波器來降低放大器的寬帶噪聲，該ADC的數據表性能可以非常容易地實現。LTC2195與LTC6406的配對組合適用于任何便攜式圖像傳感器應用，同時提供了卓越的性能和低功耗。