几乎无噪声、适用于成像应用的 ADC 驱动器

我们开发了一款电源电路板,该电路板从单一 5V 输入提供所有 4 个所需的电压。该电源电路能给 4 个通道供电,不过甚至在 –125dBFS 时,也不会产生与 LT3471 使用的 1.2MHz 开关速率有关的干扰。

如图所示,这个驱动器与 ADC 一起,产生 84.0dB SNR,其中包括电源电路板的贡献。以下测试中,R1 为 75Ω,源阻抗为 50Ω。这个电路应该适合 CCD 具有 50Ω 至 200Ω 输出阻抗的情况,也应该适合进入保持电容器的电荷产生数百 Ω 有效阻抗的情况。快速 FET 缓冲器的使用可允许非常高的源阻抗。

图 2:原型成像电路板

图 2:原型成像电路板

图 3:原型 0.5 平方英寸、4 输出电源

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如果 CCD 出现瞬态时 dV/dt 超过了 LTC1395 的转换率,或存在 RFI,那么就需要 22pF 的 C6。CCD 容许这么大幅度的电容负载。如果 LTC1395 的输出级速度跟不上,那么输入保护二极管的导通就会极大地降低输入阻抗。这种导通几乎在任何反馈放大器中都会发生。而且,如果电荷传送机制暴露于这一输入电流之下,可能即使是在 CCD 中缓冲一下,这种导通也会造成误差。如果 C6 和放大器之间的距离延长,那么可能需要 R21 作为源终接电阻器。

这种拓扑仅在与输入范围大约为 2VP-P 的 ADC 一起使用、且 CCD 信号在 0V 至 4V 或 0V 至 5V 量级时是切实可行的。通过控制共模模式产生平衡-不平衡转换需要衰减,而该拓扑利用了这种衰减。这种情形类似于传输线平衡-不平衡转换器,在这种转换器中,如果输入和输出端口之间的高共模阻抗对称终止于 AC 地,那么该共模阻抗会产生平衡驱动。

如图所示滤波器产生类似高斯噪声的响应,在大约 40MHz 时下降 3dB。该滤波器独立复制两次,以提供一个对称网络,保持 U1 的误差贡献以共模形式出现。

R7、R4 和 R17 以及与它们相对应的组件满足 U1 的稳定性要求,将 0V 至 5V 信号衰减至 ±1V,并产生电平移位。这些组件实际上可以放置在 ADC 之后,用作端接组件,这能略微缩短稳定时间。模拟实验表明,如果在 CCD 和 ADC 之间有很长的距离,那么在取代 R16 的一对 50Ω 电阻器之间的传输路径可以延长。如果距离在 30cm 至大约 60cm 之间,那么电缆阻抗应该为 75Ω。然后电源终接电阻器也会是 75Ω,而另一边为 25Ω。如果可能,PCB 走线应该高于 75Ω。

例如,如果这是打算驱动 LTC2185,那么可能有 350ps 的传输路径。如果使用 LTC2270 系列,那么 17pF 采样电容器要求这条传输线 (图 1 中的 T1 和 T2) 应该少于 40ps (大约 1cm)。

除了在 20Msps 和 25Msps 时数字化 ¼FS 至 ½FS 的小偏移频率,为了证实这个电路可以用于 CCD 信号,还进行了多项测试,包括:300kHz、–1dBFS 正弦波 (2 阶和 3 阶 -90dB SFDR),代表 CCD 信号中的 dV/dt;接近满标度且具附加在 200kHz、–20dB 正弦波的方波 (10MHz 和 5MHz)。结果显示,在成对的“黑白像素”中,在由大的同步偏移产生的正弦波上没有失真。

请注意图 4 时间域曲线中两个波形的形状,这两个波形是由方波中两个电平之间每隔一个采样转换一次引起的。

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