电路设计指导手册:
模拟工程师
数据转换器
V
DAC
DAC
Vin
5.0 V 3.0 V
AVDD DVDD
GND
IN
VREF
GND
模拟工程师电路设计指导手册:数据转换器
第二版
ZHCY094 - 03/2019
特别感谢以下人员在技术方面的贡献:
Manuel Chavez
Luis Chioye
Kevin Duke
Aaron Estrada
Paul Frost
Abhijeet Godbole
Reed Kaczmarek
Art Kay
Dale Li
Peggy Liska
Bryan McKay
Garrett Sattereld
Uttama Kumar
Satu Evan Sawyer
Alex Smith
Cynthia Sosa
Collin Wells
模拟工程师 电路设计指导手册:数据转换器
(第二版)
编辑者的话:
模拟工程师电路设计指导手册:数据转换器可提供模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC) 子电路设计理念,您可以快速
地借鉴这些理念来满足您的特定系统需求。每种电路都以“示例定义”的形式呈现。里面包括一些像食谱一样的分步式说
明,并且带有能帮助您改进电路从而满足您的设计目标的公式。此外,所有的电路都经过 SPICE 仿真验证并包含了对应的
TINA-TI
TM
SPICE 电路的链接。
我们为每个电路推荐了至少一种数据转换器,但是如果有更适合您的设计的器件,您仍可进行更换。若想查看我们丰富的
数据转换器产品组合,您可访问 www.ti.com/DC。
我们的电路要求您对放大器及数据转换器的概念有一个基本的了解。如果您不熟悉数据转换器设计,我们强烈建议您完成
TI 高精度实验室 (TIPL) 系列培训。TIPL 包括一些有关介绍性主题的课程,比如器件架构以及应用特定的高级问题解决
方案(使用理论和实践知识)。若想查看有关放大器、数据转换器等内容的课程,请访问:www.ti.com/precisionlabs。
我们计划更新此电子书,在其中加入新的 ADC 和 DAC 电路构建块内容,并且我们建议您访问 www.ti.com/circuitcook-
books,查看您的版本是否为最新版本。如果您对我们的现有电路有任何反馈,或者希望下一版电子书中包含其他数据转换
器电路,请通过以下电子邮件地址联系我们:adccookbook@list.ti.com。
我们希望 TI 的数据转换器电路资源汇总可以帮助改善您的设计!
其他资源
TI 高精度实验室 ti.com/precisionlabs
• 从介绍性概念到高级概念都包含的按需课程和教程,聚焦于应用
特定的高级问题解决方案
• 提供实践实验室和评估模块
(EVM)
- TIPL 运算放大器实验平台, ti.com/TIPL-amp-evm
- TIPL SAR ADC 实验平台,ti.com/TIPL-Data Converters-evm
《模拟工程师口袋参考》ti.com/analogrefguide
• PCB、模拟和混合信号设计公式;包括转换、表格和方程式
• 提供电子书、
iTunes 和 Android 应用程序及硬拷贝
《信号》电子版
ti.com/signalbook
• 以运算放大器设计为主题的简短课程,如失调电压、输入偏置电
流、稳定性、噪声等。
Analog Wire 博客 ti.com/analogwire
• 由模拟专家撰写的技术博客(包括一些提示、技巧和设计技术)
TI Designs ti.com/tidesigns
• 随时可用的参考设计(包含理论、计算、仿真原理图、PCB 文件
和基准测试结果)
数据转换器参数快速搜索
• 查找您的下一个精密 ADC 或高速 ADC,ti.com/ADC-search
• 查找您的下一个精密 DAC 或高速 DAC,ti.com/DAC-search
DIY 放大器电路评估模块 (DIYAMP-EVM) ti.com/DIYAMP-EVM
• 提供三种封装选项 (SC70、SOT23 和 SOIC) 以及 12 种热门放大
器配置的单通道电路评估模块
双通道 DIY 放大器电路评估模块 (DUAL-DIYAMP-EVM)
ti.com/dual-diyamp-evm
• 采用 SOIC-8 封装并提供 10 种热门放大器配置的双通道电路评
估模块
TINA-TI™ 仿真软件 ti.com.cn/tool/cn/tina-ti
• 全套 SPICE 仿真器,用于直流、交流、瞬变和噪声分析
• 包含用于波形加成的电路输入和后处理器
模拟工程师计算器
ti.com/analogcalc
• ADC 和放大器设计工具、噪声和稳定性分析、PCB 和传感器工具
TI E2E™ 社区 ti.com/e2e
• 适合所有 TI 产品的支持论坛
©德州仪器 (TI) 公司 2019 年版权所有. © 2019 Texas Instruments Incorporated.
模拟工程师
电路设计指导手册:运算放大器
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数据转换器
V
DAC
DAC
Vin
5.0V 3.0V
AVDD DVDD
GND
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VREF
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想了解更多电路?
• 下载有关数据转换器的《模拟工
程师电路设计指导手册》
• 浏览放大器和数据转换器电路的
完整列表
请访问 ti.com/circuitcookbooks
模数转换器 (ADC)
低功耗/成本优化型电路
在不使用前端缓冲器电路的情况下直接驱动 SAR ADC(低功耗、
低采样速度 DAQ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
低功耗传感器测量:3.3V、1ksps、12 位单端、双电源电路 . . . . . 10
低功耗传感器测量:3.3V、1ksps、12 位单端、
单电源供电 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
电平转换输入驱动电路
采用仪表放大器驱动高电压 SAR 的电路..............23
采用缓冲式仪表放大器驱动高电压 SAR ADC 的电路.........29
用于驱动高电压 SAR ADC 以进行高电压、真差分信号采集的电路...36
可在集成式模拟前端 (AFE) SAR ADC 上增大输入范围的电路.....45
±10V ADC 输入电路的高共模差分输入电压 . . . . . . . . . . . . 50
高电流电池监控电路:0−10A、0−10kHz、18 位 ..........57
适用于 SAR ADC 的高输入阻抗、真差分、模拟前端 (AFE)
衰减器电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
高电压电池监控电路:±20V、0-10kHz、18 位全差分........71
对单极信号采用运算放大器和 FDA 进行单端到差分信号转换.....78
对双极信号采用运算放大器和全差分放大器 (FDA)
的单端到差分电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
使用双运算放大器电路实现单端转差分 . . . . . . . . . . . . . . 92
真差分、4 × 2 多路复用器、模拟前端、同步采样 ADC 电路 . . . 100
低电平传感器输入电路
采用缓冲式仪表放大器驱动开关电容器 SAR ADC 的电路...... 109
采用仪表放大器驱动开关电容器 SAR ADC 的电路......... 117
采用高增益仪表放大器驱动 ADC 的电路 . . . . . . . . . . . . 124
低输入偏置电流前端 SAR ADC 电路............... 131
适用于 3V 单端 ADC 的高侧电流分流监控器电路......... 137
具有低侧基准的双线 PT100 RTD 测量电路............ 143
具有高侧基准和两个 IDAC 电流源的三线 PT100 RTD 测量电路... 149
具有低侧基准和一个 IDAC 电流源的
三线 PT100 RTD 测量电路................... 156
具有低侧基准和两个 IDAC 电流源的
三线 PT100 RTD 测量电路................... 162
具有低侧基准的四线 PT100 RTD 测量电路............ 169
具有内部温度传感器 CJC 的双通道 K 型热电偶测量电路 . . . . . 175
输入保护、滤波和隔离电路
具有隔离式放大器和伪差分输入 SAR ADC 的 ±12V 电压检测电路 . 182
具有隔离式放大器和差分输入 SAR ADC 的 ±12V 电压检测电路 . . 189
采用固定截止频率的单端 ADC 输入的抗混叠滤波器电路设计.... 196
带集成模拟前端且具有对 ADC 过载保护的电路.......... 206
数字隔离式 ADS8689 电路设计................. 215
在集成模拟前端 (AFE) 中减少外部 RC 滤波器电路对增益和
漂移误差的影响:±10V.................... 219
常用的辅助电路
隔离式电源低噪声电路:5V、100mA............... 225
使用一个 LDO 为双电源运算放大器电路供电。.......... 230
数模转换器 (DAC)
音频输出
适用于音频 DAC 的有源滤波电路................ 234
适用于高性能音频的辅助电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
适用于音频 DAC 的电流到电压转换器电路............ 245
辅助和偏置电路
采用精密 DAC(用于测量设备)、适用于输入信号失调电
压调节的电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
DAC 强制和检测基准驱动电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
采用精密 DAC、适用于 LDO 的电源裕度调节电路......... 258
采用精密 DAC、适用于 SMPS 的电源裕度调节电路 . . . . . . . . 263
电流源
回路供电 4-20mA 变送器电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
可编程低侧电流阱电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
可编程两级高侧电流源电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
电压源
适用于来自单端精密 DAC 的差分输出的电路........... 282
采用精密 DAC 的高电流电压输出电路.............. 288
具有检测连接电路的可编程电压输出 . . . . . . . . . . . . . . 292
单极 DAC 电路提供的单极负电压源............... 297
单极电压输出 DAC 转双极电压输出电路............. 301
目录
C
FLT
SENSOR
+
±
R
TH
SAR ADC
C
SH
SW
R
SW
V
TH
½ LSB
tACQ
t0
V
CSH
(t)
V
TH
V0
ZHCA797A–January 2018–Revised March 2019
SBAA256 — http://www-s.ti.com/sc/techlit/SBAA256
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在不使用前端缓冲器电路的情况下直接驱动
SAR
ADC
(低功耗、低采样速度
DAQ)
Analog Engineer's Circuit: Data
Converters
ZHCA797A–January 2018–Revised March 2019
在在不不使使用用前前端端缓缓冲冲器器电电路路的的情情况况下下直直接接驱驱动动
SAR ADC
((低低功功
耗耗、、低低采采样样速速度度
DAQ
))
Abhijeet Godbole
设设计计 说说明明
此设计说明如何将传感器输出端与 SAR ADC 输入端直接连接。在 诸如
环境传感器
、
气体检测器
和
烟雾或
火灾探测器
等应用中,输入速度非常慢,而且传感器输出电压采样速度相当慢(10ksps 左右)。在此类或
类似系统中,传感器输出端可与 SAR ADC 输入端直接连接,而不需要使用驱动器放大器,因此可实现小尺
寸、低成本的设计。
将将传传感感器器输输出出端端直直接接连连接接到到 SAR ADC
下图显示了在不使用驱动器放大器的情况下将传感器直接连接到 SAR ADC 输入端的典型应用图。传感器框
图突出显示了传感器输出端的戴维南等效电路。源电压 V
TH
是戴维南等效电压,而源电阻 R
TH
是戴维南等效
阻抗。大多数传感器产品说明书都提供了传感器的戴维南模型,从中可以轻松计算出串联阻抗的值。
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