在工業(yè)傳感、精密儀器及醫(yī)療設(shè)備等高端應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求極為嚴(yán)苛。高精度SAR ADC是其中的核心角色，除了極致的性能與穩(wěn)定可靠性外，從客戶設(shè)計(jì)體驗(yàn)出發(fā)，在易用性上深思熟慮的ADC，才是更具綜合競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

士模微電子推出的CM2431，是一款20bit、采樣率高達(dá)1.8MSPS的SAR ADC。與國(guó)際競(jìng)品AD4020相比，CM2431在實(shí)現(xiàn)標(biāo)桿級(jí)信噪比與寬溫可靠性的同時(shí)，具有極佳的線性度，積分非線性指標(biāo)低至±1.5ppm，以及更優(yōu)的動(dòng)態(tài)范圍和更高效的功耗表現(xiàn)。

不同于傳統(tǒng)SAR ADC，CM2431還集成了多項(xiàng)易用功能，為用戶在系統(tǒng)應(yīng)用中提供更多設(shè)計(jì)靈活度、解決應(yīng)用難點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)更高系統(tǒng)性能的同時(shí)，滿足用戶對(duì)精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)、節(jié)省成本和功耗的需求。

1、易用功能幫助實(shí)現(xiàn)精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)

預(yù)充輸入驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成

CM2431采用了“預(yù)充輸入驅(qū)動(dòng)器”(Pre-InputDriver)技術(shù)，可減小SAR ADC內(nèi)部開關(guān)電容架構(gòu)在采樣開始時(shí)刻的信號(hào)回踢干擾，實(shí)現(xiàn)更易驅(qū)動(dòng)ADC，從根本上簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。圖2顯示了在啟用和禁用預(yù)充電輸入驅(qū)動(dòng)器下，CM2431模擬輸入電流隨輸入差分電壓的變化。若禁用預(yù)充電輸入驅(qū)動(dòng)器，CM2431的低輸入電流也可使ADC比傳統(tǒng)SAR ADC更容易驅(qū)動(dòng)。而開啟該功能后，模擬輸入電流會(huì)降低到微安級(jí)以下，實(shí)現(xiàn)更好的驅(qū)動(dòng)。相關(guān)技術(shù)點(diǎn)已申請(qǐng)發(fā)明專利保護(hù)。

啟用預(yù)充輸入驅(qū)動(dòng)器(Pre-InputDriver)，用戶能夠直接使用低功耗、低帶寬的精密放大器，搭配較低的RC濾波器截止頻率來驅(qū)動(dòng)ADC，無需額外部署昂貴的專用高速ADC驅(qū)動(dòng)器，簡(jiǎn)化了外圍電路設(shè)計(jì)。這一設(shè)計(jì)在精密、低帶寬應(yīng)用中，顯著降低了系統(tǒng)功耗、體積與整體成本。

• 減少復(fù)雜前端設(shè)計(jì)，大幅降低對(duì)外部驅(qū)動(dòng)電路的性能要求
• 降低BOM成本，節(jié)省PCB面積，簡(jiǎn)化選型和設(shè)計(jì)
• 更低功耗、更高集成度的系統(tǒng)解決方案

此外，預(yù)充輸入驅(qū)動(dòng)器(Pre-InputDriver)使得ADC前端的放大器和RC濾波器可以根據(jù)感興趣的信號(hào)帶寬來選擇，而不受限于開關(guān)電容SAR ADC輸入的穩(wěn)定時(shí)間要求。預(yù)充電輸入驅(qū)動(dòng)器還可以提高THD性能，并降低100kHz頻率以下輸入信號(hào)的模擬輸入電流。

鉗位保護(hù)電路簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

內(nèi)部具有過壓鉗位二極管與量程壓縮模式進(jìn)一步降低了前級(jí)驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)難度。ADC驅(qū)動(dòng)器為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)性能，過去往往需要額外使用一個(gè)較低的負(fù)壓電源。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的正電源軌往往也會(huì)高于SAR ADC的電壓限制。這都需要工程師設(shè)計(jì)額外的器件。CM2431具有大于VREF電壓0.4V的鉗位保護(hù)電路，量程壓縮模式可以在保證輸入量程的前提下，省去驅(qū)動(dòng)運(yùn)放的負(fù)壓電源，這些特性使得驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單。

此外，高速、高分辨率產(chǎn)品的數(shù)字接口設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)調(diào)試始終是設(shè)計(jì)難點(diǎn)，CM2431的Turbo模式通過延長(zhǎng)傳輸轉(zhuǎn)換結(jié)果的時(shí)間，允許使用較低的SPI時(shí)鐘頻率。

2、動(dòng)態(tài)范圍更優(yōu)，精準(zhǔn)捕捉微弱信號(hào)

CM2431具備102dB的高動(dòng)態(tài)范圍，能夠精細(xì)地分辨微弱信號(hào)差異。在信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)成像、科學(xué)測(cè)量及通信等對(duì)數(shù)據(jù)采集要求極高的應(yīng)用場(chǎng)景中，這一特性賦予其顯著優(yōu)勢(shì)。更高的動(dòng)態(tài)范圍意味著即使在復(fù)雜噪聲環(huán)境中，仍可保持信號(hào)的完整性，為系統(tǒng)提供更為可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

同時(shí)，CM2431高達(dá)1.8MSPS的采樣率，使用戶可以精確捕獲高頻信號(hào)并實(shí)現(xiàn)過采樣；出色的線性度(INL typical下僅±2LSB以內(nèi))，能夠保證系統(tǒng)在過采樣后擁有極高的動(dòng)態(tài)范圍，比如在1024倍過采樣時(shí)，可將動(dòng)態(tài)范圍提升至131dB左右，使系統(tǒng)能夠同時(shí)捕獲極微弱和強(qiáng)信號(hào)，兼顧“細(xì)微信號(hào)不失真”與“大幅值信號(hào)不飽和”。這一技術(shù)是高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心手段，廣泛應(yīng)用于對(duì)信噪比要求極嚴(yán)苛的領(lǐng)域。

3、能效表現(xiàn)優(yōu)異，助力系統(tǒng)續(xù)航與散熱優(yōu)化

在保持高性能的同時(shí)，CM2431功耗較競(jìng)品AD4020降低約15%。在高精度連續(xù)采集系統(tǒng)中，累積的節(jié)能效果顯著，可直接轉(zhuǎn)化為更長(zhǎng)的設(shè)備續(xù)航時(shí)間、更小的散熱設(shè)計(jì)壓力與更高的系統(tǒng)可靠性。

綜上所述，CM2431以其20位分辨率、1.8MSPS采樣率的高性能指標(biāo)，結(jié)合“預(yù)充輸入驅(qū)動(dòng)器”技術(shù)帶來的系統(tǒng)簡(jiǎn)化、卓越的線性度、更優(yōu)的動(dòng)態(tài)范圍以及整體能效提升，為高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個(gè)極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。

CM2431以簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)和更高的集成便利性，幫助用戶降低功耗，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度，提高通道密度，同時(shí)保持優(yōu)異系統(tǒng)性能。