在工業(yè)傳感、精密儀器及醫(yī)療設(shè)備等高端應(yīng)用領(lǐng)域，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能要求極為嚴(yán)苛。高精度SAR ADC是其中的核心角色，除了極致的性能與穩(wěn)定可靠性外，從客戶設(shè)計體驗出發(fā)，在易用性上深思熟慮的ADC，才是更具綜合競爭力的產(chǎn)品。

士模微電子推出的CM2431，是一款20bit、采樣率高達(dá)1.8MSPS的SAR ADC。與國際競品AD4020相比，CM2431在實現(xiàn)標(biāo)桿級信噪比與寬溫可靠性的同時，具有極佳的線性度，積分非線性指標(biāo)低至±1.5ppm，以及更優(yōu)的動態(tài)范圍和更高效的功耗表現(xiàn)。

不同于傳統(tǒng)SAR ADC，CM2431還集成了多項易用功能，為用戶在系統(tǒng)應(yīng)用中提供更多設(shè)計靈活度、解決應(yīng)用難點，在實現(xiàn)更高系統(tǒng)性能的同時，滿足用戶對精簡設(shè)計、節(jié)省成本和功耗的需求。

1、易用功能幫助實現(xiàn)精簡設(shè)計

預(yù)充輸入驅(qū)動器簡化系統(tǒng)集成

CM2431采用了“預(yù)充輸入驅(qū)動器”(Pre-InputDriver)技術(shù)，可減小SAR ADC內(nèi)部開關(guān)電容架構(gòu)在采樣開始時刻的信號回踢干擾，實現(xiàn)更易驅(qū)動ADC，從根本上簡化系統(tǒng)設(shè)計。圖2顯示了在啟用和禁用預(yù)充電輸入驅(qū)動器下，CM2431模擬輸入電流隨輸入差分電壓的變化。若禁用預(yù)充電輸入驅(qū)動器，CM2431的低輸入電流也可使ADC比傳統(tǒng)SAR ADC更容易驅(qū)動。而開啟該功能后，模擬輸入電流會降低到微安級以下，實現(xiàn)更好的驅(qū)動。相關(guān)技術(shù)點已申請發(fā)明專利保護(hù)。

啟用預(yù)充輸入驅(qū)動器(Pre-InputDriver)，用戶能夠直接使用低功耗、低帶寬的精密放大器，搭配較低的RC濾波器截止頻率來驅(qū)動ADC，無需額外部署昂貴的專用高速ADC驅(qū)動器，簡化了外圍電路設(shè)計。這一設(shè)計在精密、低帶寬應(yīng)用中，顯著降低了系統(tǒng)功耗、體積與整體成本。

• 減少復(fù)雜前端設(shè)計，大幅降低對外部驅(qū)動電路的性能要求
• 降低BOM成本，節(jié)省PCB面積，簡化選型和設(shè)計
• 更低功耗、更高集成度的系統(tǒng)解決方案

此外，預(yù)充輸入驅(qū)動器(Pre-InputDriver)使得ADC前端的放大器和RC濾波器可以根據(jù)感興趣的信號帶寬來選擇，而不受限于開關(guān)電容SAR ADC輸入的穩(wěn)定時間要求。預(yù)充電輸入驅(qū)動器還可以提高THD性能，并降低100kHz頻率以下輸入信號的模擬輸入電流。

鉗位保護(hù)電路簡化驅(qū)動設(shè)計

內(nèi)部具有過壓鉗位二極管與量程壓縮模式進(jìn)一步降低了前級驅(qū)動器的設(shè)計難度。ADC驅(qū)動器為了實現(xiàn)優(yōu)良的驅(qū)動性能，過去往往需要額外使用一個較低的負(fù)壓電源。同時，驅(qū)動運放的正電源軌往往也會高于SAR ADC的電壓限制。這都需要工程師設(shè)計額外的器件。CM2431具有大于VREF電壓0.4V的鉗位保護(hù)電路，量程壓縮模式可以在保證輸入量程的前提下，省去驅(qū)動運放的負(fù)壓電源，這些特性使得驅(qū)動的設(shè)計變得簡單。

此外，高速、高分辨率產(chǎn)品的數(shù)字接口設(shè)計和驅(qū)動調(diào)試始終是設(shè)計難點，CM2431的Turbo模式通過延長傳輸轉(zhuǎn)換結(jié)果的時間，允許使用較低的SPI時鐘頻率。

2、動態(tài)范圍更優(yōu)，精準(zhǔn)捕捉微弱信號

CM2431具備102dB的高動態(tài)范圍，能夠精細(xì)地分辨微弱信號差異。在信號處理、醫(yī)學(xué)成像、科學(xué)測量及通信等對數(shù)據(jù)采集要求極高的應(yīng)用場景中，這一特性賦予其顯著優(yōu)勢。更高的動態(tài)范圍意味著即使在復(fù)雜噪聲環(huán)境中，仍可保持信號的完整性，為系統(tǒng)提供更為可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

同時，CM2431高達(dá)1.8MSPS的采樣率，使用戶可以精確捕獲高頻信號并實現(xiàn)過采樣；出色的線性度(INL typical下僅±2LSB以內(nèi))，能夠保證系統(tǒng)在過采樣后擁有極高的動態(tài)范圍，比如在1024倍過采樣時，可將動態(tài)范圍提升至131dB左右，使系統(tǒng)能夠同時捕獲極微弱和強(qiáng)信號，兼顧“細(xì)微信號不失真”與“大幅值信號不飽和”。這一技術(shù)是高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心手段，廣泛應(yīng)用于對信噪比要求極嚴(yán)苛的領(lǐng)域。

3、能效表現(xiàn)優(yōu)異，助力系統(tǒng)續(xù)航與散熱優(yōu)化

在保持高性能的同時，CM2431功耗較競品AD4020降低約15%。在高精度連續(xù)采集系統(tǒng)中，累積的節(jié)能效果顯著，可直接轉(zhuǎn)化為更長的設(shè)備續(xù)航時間、更小的散熱設(shè)計壓力與更高的系統(tǒng)可靠性。

綜上所述，CM2431以其20位分辨率、1.8MSPS采樣率的高性能指標(biāo)，結(jié)合“預(yù)充輸入驅(qū)動器”技術(shù)帶來的系統(tǒng)簡化、卓越的線性度、更優(yōu)的動態(tài)范圍以及整體能效提升，為高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了一個極具競爭力的解決方案。

CM2431以簡潔設(shè)計和更高的集成便利性，幫助用戶降低功耗，系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度，提高通道密度，同時保持優(yōu)異系統(tǒng)性能。