设计说明

本电路文档介绍了如何使用 REF6050（REF60xx 系列）电压基准来直接驱动开关电容 ADC 基准输入引脚。许多不同类型的数据转换器上的基准输入引脚都具有一个开关电容器电路，这会产生显著的瞬态电流要求。由于电压基准必须稳定至恒定的精确电压，因此这些瞬态可能对 ADC 精度产生重大影响。为了响应 ADC 基准输入的瞬态，电压基准需要宽带宽缓冲器。REF60xx 系列电压基准集成了一个宽带宽缓冲器。该参考设计将展示 ADC 性能的测量结果，以比较低带宽基准与宽带宽 REF6050 之间的差异。本文档还介绍了驱动 ADC 基准输入的替代选项。

规格

设计说明

1. 该电路可应用于许多不同的数据转换器。请参阅数据表，以确定是否需要宽带宽缓冲器。对于具有开关电容器输入的器件，REF60xx 系列基准是一个不错的选择，因为它集成宽带宽缓冲器。对于具有集成宽带宽缓冲器的数据转换器，基准带宽并不重要；因此，请考虑其他参数，例如基准噪声和漂移。
2. 有关滤波电容器的选择，请参阅 REF60xx (REF6050) 具有集成 ADC 驱动器缓冲器的高精度电压基准 数据表。通常，选择较大的电容器有助于更大程度地降低噪声。此外，基准稳定性会受到电容器等效串联电阻 (ESR) 的影响。
3. TI 高精度实验室 - ADC 视频培训的驱动 SAR ADC 上的基准输入 视频系列中详细介绍了基准驱动相关主题。此参考设计中所示的测量结果可以使用 TI 高精度实验室 SAR ADC 评估模块性能演示套件 (PDK) 进行重现。

基准内部的宽带宽缓冲器

许多不同的数据转换器都具有开关电容器基准输入。下图展示了此输入的一个简化模型。该模型适用于传统的 SAR ADC，但某些 Δ-Σ 转换器也存在类似的模型。在本例中，电容 C_x 通过 SW_BIT 连接并断开外部基准。该电容器在断开连接后，通过 SW_x 进行复位。对于 N 位转换器，此过程会重复 N 次。这在每次电容器连接到基准时都会产生较大的瞬态输入电流。瞬态幅度可能为毫安级，而瞬态之间的时间间隔为纳秒级。C_x 的值在转换周期内会不断变化，因此瞬态幅度会发生变化（请参阅下面的基准输入图）。为了获得精确的转换结果，基准电压必须能够快速响应这些瞬态。因此，该基准需要宽带宽缓冲器来实现超高精度。大多数基准都具有内部低带宽缓冲器，这可能不足以实现出色性能。REF6050 包含一个内部宽带宽缓冲器，该缓冲器能够响应大多数具有开关电容器基准输入的 ADC 上的瞬态。

ADC 内部的宽带宽缓冲器

部分数据转换器具有内部宽带宽缓冲器，旨在驱动开关电容器基准输入。此缓冲器的输入为高阻抗，因此该基准不需要宽带宽输出。ADS8900B 和 ADS8168 器件是集成宽带宽基准缓冲器的数据转换器示例。

基准和 ADC 之间的分立式宽带宽缓冲器

对于需要缓冲器的器件，可以构建分立式基准缓冲器，而不是使用具有集成缓冲器的器件（例如 REF6050）。以下电路展示了 ADS9110EVM-PDK 中使用的分立式缓冲器：该电路是一个复合放大器，因为它结合了两个放大器来形成一个兼具两者优点的电路。OPA378 具有超低失调电压，并且 OPA625 可以响应快速瞬态。

具有和不具有基准缓冲器时失真与采样速率之间的关系

下图比较了具有和不具有宽带宽基准缓冲器时 ADC 的失真。请注意，在高采样速率条件下，具有宽带宽缓冲器的 ADC 具有明显更高的 THD 性能。在低采样速率条件下，缓冲器不太重要，因为基准有很长的时间来从基准瞬态中恢复。

1MSPS 条件下具有和不具有基准缓冲器时的 FFT

以下各图显示了在最大采样速率 (1MSPS) 条件下具有和不具有宽带宽基准缓冲器时的 FFT。图形表明，在没有宽带宽缓冲器的情况下，ADC 的谐波失真明显更大。

具有和不具有基准缓冲器时基准稳定时间与采样速率间的关系

下图比较了在具有和不具有宽带宽基准缓冲器时的 ADC 直流信号稳定性能。稳定性能表示一次 ADC 转换后数字化结果中的误差。在后续转换中，对于恒定的直流输入，ADC 稳定误差会降低。稳定性能在多路复用系统中非常重要，因为它可以很好地估算开关通道时的误差类型。请注意，在高采样速率条件下，具有宽带宽缓冲器的 ADC 具有明显更高的稳定性能。在低采样速率条件下，缓冲器不太重要，因为基准有很长的时间来从基准瞬态中恢复。

具有和不具有基准缓冲器时基准稳定与时间之间的关系

下图显示了施加直流信号时最大采样速率条件下基准稳定与时间之间的关系。请注意，对于不具有缓冲器的基准，信号具有 9.55 个代码的显著瞬态稳定误差。该误差需要大约 300 个样本才能完全稳定。

设计中采用的器件