Entwicklungsingenieure nehmen häufig an, dass die Eingänge von ADCs eine hohe Impedanz besitzen. Direkt abtastende Eingänge von SAR-A/D-Wandlern sind häufig hochohmig, wenn sie nicht abtasten, ziehen aber „Stromspitzen“ zu Beginn einer Abtastung. Im Durchschnitt lässt sich dieses Verhalten als ein grober nichtlinearer Widerstand der umgekehrt proportional zur Größe des Abtastkondensators und der Abtastrate modellieren. Allerdings muss die Signalkette in Reaktion darauf sofort vollständig einschwingen können, bevor die Erfassung endet und eine Wandlung beginnt.

Die gepufferten ADCs der LTC2358-Familie verfügen über Eingänge mit wirklich hoher Impedanz, die die Signalkonditionierung vereinfachen oder auch überflüssig machen. Ist eine Konditionierung nötig, kann sie direkt an die Eingänge des LTC2358 angelegt werden, ohne Rücksicht darauf, ob er einen geschalteten Kondensator auch treiben kann. Im Folgenden erläutert der Beitrag Anwendungen, die die Vorteile der Eigenschaften der LTC2358-Eingänge nutzen.

Differenzielle Kanäle treiben

Eck-Daten

Der gepufferte Mehrkanal-Hochspannungs-SAR-ADC LTC2358 verfügt über Eingänge mit wirklich hoher Impedanz. Dies vereinfacht die Signalkonditionierung, wie sie oft durch Stromspitzen zu Beginn der Abtastung notwendig wird, oder eliminiert diese vollständig. Der Beitrag beschreibt Anwendungen, die die Vorteile der Eingänge des A/D-Wandlers nutzen: das Treiben differenzieller Kanäle, die Aufnahme analoger Signale mit einem verdrillten Leitungspaar, das Übertreiben mit limitiertem Strom und die Verstärkung von Sensorsignalen.

Mit AD/Wandlern wie dem LTC2358 lassen sich acht differenzielle Kanäle mit auf 16 pA gepufferten Eingängen leicht direkt treiben. Jeder Kanal tastet die Spannungsdifferenz (VIN+ – VIN) zwischen seinen analogen Eingangs-Pins über einen weiten Bereich der Gleichtaktspannung ab und dämpft gleichzeitig unerwünschte Signale, wie sie bei den Eingangs-Pins durch die Gleichtaktunterdrückung (CMRR) des A/D-Wandlers eigen sind. Ein weiter Gleichtakteingangsbereich, gekoppelt mit einer großen Gleichtaktunterdrückung (128 dB bei 200 Hz), erlaubt es den analogen IN+/IN-Eingängen mit einem bestimmten Verhältnis zueinander zu schwingen, das erhalten bleibt, wenn jeder Pin zwischen (VEE + 4V) and (VCC – 4V) liegt.

Diese Eigenschaft des LTC2358 ermöglicht es ihm, einen weiten Bereich an Signalhüben zu akzeptieren, einschließlich traditionaler Klassen von analogen Eingangssignalen wie pseudo-differenzial unipolar, pseudo-differenzial echt bipolar und voll differenzial, was die Auslegung der Signalkette vereinfacht. Bild 1 zeigt die typische Anwendung des LTC2358. Bei der Wandlung von Signalen, die über VEE ansteigen, empfiehlt sich die Verwendung von nicht gepufferten A/D-Wandlern wie dem LTC2348.

Bild 1: Acht differenzielle Kanäle lassen sich mit A/D-Wandlern wie dem LTC2358 leicht direkt treiben.

Bild 1: Acht differenzielle Kanäle lassen sich mit A/D-Wandlern wie dem LTC2358 leicht direkt treiben. Analog Devices

Bild 2: Die Ersatzschaltung für differenzielle Analogeingänge; dargestellt ist ein Kanal.

Bild 2: Die Ersatzschaltung für differenzielle Analogeingänge; dargestellt ist ein Kanal. Analog Devices

Die Pico-Ampere-Eingänge der CMOS-Puffer liefern einen hohen Grad an Isolierung von Transienten aus dem Abtastprozess des A/D-Wandlers. Dies bedeutet, dass die meisten Sensoren, Signalkonditionierungs-Verstärker und Filter-Netzwerke mit weniger als 10 kΩ Impedanz die passive analoge 3-pF-Eingangskapazität direkt treiben können. Bild 2 zeigt die Ersatzschaltung für jeden der differenziellen analogen Eingangskanäle.

Die sehr hohe Impedanz von typischerweise > 1000 GΩ der internen Puffer mit Verstärkung 1 reduziert die Anforderungen an das Treiben der externen Verstärker deutlich und erlaubt es, optionale RC-Filter mit einer Impedanz im  kΩ-Bereich und frei wählbare Verzögerungskonstanten für das Anti-Aliasing zu integrieren. Micropower-OPVs mit begrenzter Treiberfähigkeit sind ebenfalls gut geeignet, die analogen Eingänge mit hoher Impedanz zu treiben.

 

Analoge Signale mit einem verdrillten Leitungspaar aufzunehmen, ist mit dem LTC2348 kein Problem. Wie sich dies praktisch umsetzen lässt, erfahren Sie auf der nächsten Seite.

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