從ADC獲得最佳SNR性能不僅僅是向ADC輸入提供低噪聲信號的問題。提供低噪聲基準電壓同樣重要。雖然基準噪聲在零電平時沒有影響，但在滿量程時，基準電壓源上的任何噪聲都將在輸出代碼中可見。這就是為什么對于給定的ADC，在零電平下測量的動態范圍（DR）通常比在滿量程或接近滿量程時測量的信噪比（SNR）好幾dB。在過采樣應用中，提供低噪聲基準電壓尤為重要，因為ADC的SNR可能超過140dB。為了達到這一水平的SNR，即使是最好的低噪聲基準電壓源也需要一些幫助來降低其噪聲水平。

有幾種替代方法可以降低基準噪聲。增加旁路電容的尺寸或在基準輸出上使用簡單的低通RC濾波器都不是好的選擇。基準輸出端上的大旁路電容本身不能產生足夠低的截止頻率以使其有效。無源RC濾波器本身雖然提供低截止頻率，但會產生隨采樣頻率和溫度變化的輸出電壓。并聯多個低噪聲基準電壓源的輸出是一種有效的替代方案，但它價格昂貴且消耗大量功率。

此處演示的基準電壓源濾波器可產生低噪聲基準電壓，而不會顯著影響基準電壓精度或溫度系數，并且功耗和成本適中。

電路說明

本例中使用的ADC是LTC2508-32 （U1）。LTC?2508-32 是一款低噪聲、低功率、32 位 SAR ADC，內置一個低通數字濾波器，該濾波器具有 256 至 16384 的四個引腳可選下采樣因子 （DF）。為了實現 LTC2508-32 的全部性能，需要一個低噪聲、低溫度漂移基準。

本例中使用的基準是LTC6655-5 （U2）。LTC6655-5 提供了高準確度 （最大值為 ±0.025%）、超低噪聲 （0.67ppm RMS 典型值） 和漂移 （2ppm/oC 最大值） 性能。即使具有極低的噪聲性能，LTC6655-5 仍然會降低 LTC2508-32 的 SNR 性能。

LTC?2057 （U3） 是一款零漂移運放，具有抑制 1/f 噪聲的功能。LTC2057 具有一個小于 200pA 的輸入偏置電流 （IB）、一個 4μV 的最大失調電壓和一個 0.015μV/oC 的最大失調電壓溫度系數。這明顯低于 LTC6655-5 的溫度系數 （2ppm/oC=10μV/oC）。

LT?6202 （U4） 是一款低噪聲、快速建立運放，具有驅動 LTC2508-32 的 REF 引腳上所需的 47μF 旁路電容器所需的高短路電流能力。

圖1電路使用R2和C3對基準電壓源（U2）的輸出進行濾波，形成一個0.8Hz濾波器。電容器C3應為薄膜電容器。鉭電容和電解電容具有高泄漏，會在R2上產生偏移。陶瓷電容器會表現出微音效應，導致低頻時噪聲增加。濾波輸出由U3的高阻抗輸入緩沖。U3的最大IB為200pA，R2兩端的最大壓降僅為2μV。這與 LTC2057 的失調電壓相結合，產生了 6μV 的最大誤差，與 LTC6655-5 的最大初始準確度規格 0.025% （1.25mV） 相比，該誤差相對較小。U3 和 U4 構成一個復合放大器，該放大器具有 LTC2057 的低失調、失調溫度系數和抑制的 1/f 噪聲以及 LT6202 的快速建立。U1的REF引腳從C1汲取電荷，該電荷隨采樣速率和輸出代碼而變化。U4必須補充此電荷以保持REF引腳電壓固定。R5用于將U4與C1隔離，以改善REF引腳的建立。物理上較大的陶瓷電容器具有更高的電壓和溫度額定值，具有較低的電壓系數，從而提供更高的有效電容。因此，C1 應為 X7R，尺寸為 1210，額定電壓為 10V。

電路性能

如表 1 所示，LTC2508-32 表現出近乎理論的行為，當 ADC 輸入連接在一起并由 LTC6655-5 直接驅動 REF 引腳時，下采樣因數 （DF） 每增加 4 倍，動態范圍就會增加近 6dB。表 1 還顯示，當 ADC 接近滿標度時，使用 LTC6655-5 直接驅動 ADC REF 引腳時，與 DR 相比，SNR 低了 7.8dB。這是由于參考的噪聲造成的。如表 1 所示，使用圖 1 所示電路來驅動 LTC2508-32 的 REF 引腳可使 SNR 改善高達 6.1dB。

斬波穩定運放（如 LTC2057）在斬波頻率及其奇次諧波時經常出現音調。LTC2057 利用電路來抑制這些遠低于失調電壓的偽影。該電路與ADC自身的濾波器相結合，可消除運算放大器斬波頻率中的任何可見音調，如圖2的本底噪聲圖所示。圖2的曲線是5次數據捕獲的平均值，試圖平滑本底噪聲，以揭示任何雜散音調的最小跡線。

結論

結果表明，一種濾波電路可在不影響其精度或溫度系數的情況下降低基準輸出噪聲，同時只需要適度的功耗和成本。將該電路的輸出施加到 LTC2508-32 的基準引腳，與直接使用該基準驅動 ADC 相比，一個 32 位低噪聲 ADC 在一系列下采樣因子范圍內將 SNR 提高了多達 6.1dB。

審核編輯：郭婷