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專家觀點:低功耗ADC的重要性

上網時間: 2012年11月22日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:ADC  低功耗  基地台  專家觀點  可攜式應用 

作者: Alison Steer/凌力爾特(Linear)混合訊號產品部產品行銷經理

ADC 領域,市場需求可以總結成為數很少的幾項重點要求:最低功耗、最低雜訊、最低失真、最高解析度、序列介面、更高的通道整合度和更寬的頻寬。低功耗不僅在基地台等始終保持導通的系統中很重要,在空氣流動有限、或根本沒有空氣流動、以及排列緊密的主機殼中也很重要,對可攜式應用當然也重要。

休眠和關機模式可以進一步降低功耗。在某些方面,降低 ADC 的功耗導致收益遞減,在這些地方,ADC 驅動器比 ADC 本身消耗的功率還高。凌力爾特已經開發了新的方法以降低整個訊號鏈的功耗。例如,延長 SAR ADC 的採樣時間,如此就可以使用穩定速度較慢但功耗更低的驅動器。

另一種僅在凌力爾特 SAR ADC 中使用的方法,是數位增益壓縮 (DGC),這種方法去除了驅動器放大器的負電源,同時 ADC 的解析度一點都不會損失。消除負壓端降低了訊號鏈的總體功耗,並簡化了設計。

由於凌力爾特的 SAR ADC 架構具備自動斷電功能,所以功率隨取樣速率線性變化,因此元件採樣速率越低,消耗的功率就越低。透過一個沒有最低取樣速率要求的真正無延遲 SAR ADC,單次採樣操作可用來降低功耗,因此甚至在冗長的空閒週期之後, ADC 也能進行準確的測量。

透過減縮 ADC 驅動器必須驅動的輸入範圍也可大幅降低訊號鏈的功耗。如果輸入範圍加倍,那麼雜訊指數就增大 6dB,放大器所需的功率就提高四倍。就一個給定的驅動器而言,較小的 ADC 輸入範圍會產生較低的互調失真(IMD)分量。

較大的輸入範圍用來實現較高的ADC SNR性能,但是較大的輸入範圍未必產生較佳的輸入參考雜訊,這在紅外線、X光成像、細胞分選儀等低功率、高準確度應用中是很重要的。人們希望得到低輸入參考雜訊,因為這可以為應用提供更好的有效解析度或無雜訊代碼解析度。

在對以下二者進行輸入參考雜訊比較時,出現了有趣的結果:一個是具備 8Vp-p 輸入範圍的 16 位 10Msps SAR ADC,另一個是具備 2.1Vp-p 輸入範圍的凌力爾特 16 位元 20Msps 流水線(pipelined) ADC。比較發現,後者在功耗幾乎為 SAR ADC 一半的情況下,輸入參考雜訊僅為 46uVrms (而前者為75uVrms)。

較低功耗的 ADC 及其能降低訊號鏈總體功耗的有關功能,為很多掌上型產品帶來了競爭優勢,使這些產品的電池在兩次充電之間能運作更長的時間。很多應用現在可以升級,以利用解析度更高、採樣速度更快的元件,同時降低系統的總體功耗。這簡化了前端設計,所需的增益級更少,濾波要求也更低。

透過採樣也可以發現一些較低速率 ADC 可能發現不了的細節,例如重疊或畸形脈衝。已經從這種可用性能提高中受益的應用包括:掌上型測試設備、醫療成像、光譜儀、平版印刷、風速計、固態照明、工業感測器、功率計和可程式設計邏輯控制器等。





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