Driver diferencial unidireccional para ADC SAR LTC2387-18

El LTC2387-18 es un convertidor SAR de 15Msps, altamente lineal y de bajo ruido, con entradas diferenciales. La combinación de una excelente linealidad y un amplio rango dinámico hace que este ADC sea ideal para aplicaciones de imagen e instrumentación de alta velocidad. El funcionamiento sin latencia proporciona una solución única para las aplicaciones de bucle de control de alta velocidad. La bajísima distorsión a altas frecuencias de entrada permite aplicaciones de comunicación que requieren un alto rango dinámico y ancho de banda.

En la mayoría de los casos, el rendimiento se optimiza utilizando un amplificador de entrada diferencial y de salida diferencial para manejar las entradas del ADC. En el caso de que sólo se disponga de una señal no equilibrada, se necesitan amplificadores operacionales de alto rendimiento para convertir una señal no equilibrada en una señal diferencial adecuada para el LTC2387-18. El LT6201 es un amplificador operacional doble, estable y de muy bajo ruido, con una ganancia unitaria de entrada y salida de carril, que tiene un valor de 0,95nV/√Hz tensión de ruido. Este amplificador combina un ruido muy bajo con un ancho de banda de ganancia de 165MHz, una velocidad de giro de 50V/μs y está optimizado para sistemas de acondicionamiento de señales de baja tensión.

En el circuito anterior, se utilizan dos amplificadores operacionales: uno para la ruta no inversora y otro para la ruta inversora. El amplificador operacional no inversor es un seguidor de tensión, precedido por un filtro RC de paso bajo. Este filtro impide que las señales de muy alta frecuencia lleguen al LT6201, que es capaz de funcionar a decenas de MHz. El amplificador operacional inversor es accionado por una red idéntica. Para invertir la señal, R5 y R7 se ajustan a 590Ω. Estos valores de las resistencias reflejan un compromiso entre la corriente de salida del amplificador óptico, la corriente de compensación de entrada y la contribución del ruido. Los valores seleccionados, junto con la oscilación de la tensión de salida de 4 V de pico a pico, dan una corriente de pico de 3,3 mA en la salida del amplificador operacional. Los valores de resistencia más pequeños reducirían el desplazamiento y el ruido, pero consumirían más corriente del amplificador óptico y generarían más distorsión.

Cualquier circuito de conversión de extremo único a diferencial tiene algunos inconvenientes. El primero es el desplazamiento de CC resultante; el uso de dos amplificadores operacionales separados puede aumentar los efectos del desplazamiento de CC. La razón principal es la parte de amplificador operacional inversor del circuito, que debe incluir resistencias adicionales para realizar la inversión. La corriente de offset de entrada del LT6201 es de hasta 4µA, con una tensión de offset de entrada de 1mV. Esto puede dar lugar a un desplazamiento de CC diferencial en la salida del circuito del orden de varios mV, que puede representar varias decenas de LSB. Para minimizar este efecto, elige un amplificador operacional con una corriente de polarización de entrada, una corriente de offset y una tensión de offset bajas. El segundo problema está relacionado con la referencia de tensión Vcm en el circuito ilustrado. Cualquier ruido en este nodo se traducirá directamente en ruido diferencial en el terminal inversor del ADC. Por tanto, esta fuente de tensión debe ser lo más silenciosa posible para no degradar la SNR del ADC. En el caso del LTC2387-18, la SNR típica es de hasta 97dBFS. Como la escala completa es de 8,192V_pk-pkel ruido de fondo del ADC es de unos 41µV_RMS en un ancho de banda de 7,5MHz. Si el nivel de ruido de la referencia de tensión fuera, por ejemplo, de 41µV_RMS degradaría la SNR del ADC en 3dB. Por tanto, el ruido de referencia debe ser mucho menor que éste para que no reduzca la SNR del ADC. Ten en cuenta que si el nivel de modo común DC de la señal de entrada difiere de Vcm en el circuito mostrado, habrá un desfase de CC diferencial en la señal entregada al ADC. Por lo tanto, para obtener el máximo rendimiento del ADC cuando se utiliza este circuito, son esenciales unos niveles bajos de desplazamiento del amplificador operacional y una referencia de tensión precisa de bajo ruido. Un dispositivo ideal para Vcm es el LTC6655, una referencia de tensión de precisión de banda prohibida que ofrece un rendimiento excepcional en cuanto a ruido y deriva.