ADC con entrada Buffered

El problema

• El amplificador desea ver una cierta carga de impedancia(Zl).
• El ADC desea ver una cierta impedancia de fuente(Zs). 

conección de cargas de distintas impedancias a un disposito ADC

Para poder conectarlos directamente se necesita de protectores de voltaje buffer y otras funciones. En este caso hablaremos de los buffer(ve mas información).

Impedancia de carga e impedancia del ADC.

La idea con una alta impedancia de entrada(ADC) es no sobrecargar la etapa anterior(adaptación de impedancias). 

Si hablamos de circuitos de antenas o de aplicaciones de frecuencias elevadas la idea es que la impedancia sean igual tanto de ZL como ZG(acople de impedancias).

Si hablamos de Arquitectura de ADC pipeline (El proceso de conversión Pipeline se basa en combinar las técnicas del flash, muestreo y retención, y ganancia entre etapas. (de modo de disminuir la sensibilidad al offset entre etapas). Al considerar los efectos de la impedancia de entrada, los diseñadores generalmente pueden elegir entre dos tipos de arquitectura de entrada del ADC alta velocidad: buffered and unbuffered.

buffered

• Altamente lineal pero requiere mayor energía.
• Red de entradas, facil de diseño para interfaces de buffer de alta impedancia ya que proporciona una resistencia de terminación de entrada fija.
• Proporciona aislamiento  entre la muestra y la red de entradas,lo que reduce los transitorios de inyección de carga.
• El ruido y la linealidad del ADC también se ven afectados, por lo que el diseño general del ADC se ve significativamente afectado en términos de potencia.
• El búfer generalmente requiere una mayor tensión de alimentación, por lo que también impone problemas adicionales de diseño de la fuente de alimentación.

Chips ADC-ventajas de este tipo de entrada "buffered"

• Aislamiento de impedancia no lineal.
• Con una impedancia de entrada constante, el ADC es mas fácil para conducir.
• La ganancia de la señal es mas concistente, permitiendo aplicaciones de banda ancha, como linealización de amplificadores de potencia.
• Se reduce la variación de rendimiento spectral a travez de la frecuencia.
• Algunos chip ADC tienen Buffer de entrada seleccionables para aumentar la impedancia de entrada(por ejemplo el ADS1257), ayudando a reducir la necesidad de buffers externos.

Los Circuitos integrados que tienen la entrada tipo "Buffered" tinen las siguientes ventajas:

• Facilidad de diseño del circuito.
• Proporciona mas impedancia de entrada constante.
• La entrada es más robusta contra emisiones de radiofrecuencia.
• Proporciona ganancia plana a través de la frecuencia.
• Reduce el ruido en lo condensadores de retención.
• Ahorra espacio, costo, inventario al eliminar la necesidad de un buffer externo.

Buffered

Unbuffered

• Impedancia de entrada esta configurado con diseño "Switched-Capacitor".
• Baja potencia.
• Impedancia de entrada es variable cone el tiempo(muestreo, seguimiento y retención de clock).

Unbuffered

Configuración "Switched -Capacitor Resistors"

La corriente de carga de un capacitor se aproxima asintóticamente a cero cuando el capacitor se carga hasta la fuente de voltaje conectada. Esto significa que la impedancia de entrada no es constante durante la carga,

Aplicación de Buffered

• Una de las aplicaciones simples, pero muy útiles, de las entradas analógicas con búfer es la capacidad de aceptar señales analógicas de pares de cables trenzados de longitud arbitraria. Se recomienda que el par trenzado se termine correctamente en el fuente de conducción para minimizar posibles reflexiones de cables. La impedancia característica del par trenzado suele estar en el rango bajo de 100Ω. Por ejemplo, el cable CAT7 tiene 4 pares trenzados blindados individualmente con impedancia diferencial de 100Ω.
• Como se mencionó antes esto buffers son utilies para poder tener una alta impedancia en la entrada del circuito integrado por ejemplo el LTC2358

Ocho canales diferenciales con dieciséis entradas "BUFFERED" de Picoamp son fáciles de manejar directamente.

Ofrecen un grado muy alto de aislamiento transitorio del proceso de muestreo en el ADC. Esto significa que la mayoría de los sensores, amplificadores de acondicionamiento de señal y redes de filtro con menos de 10kΩ de impedancia puede impulsar la capacitancia de entrada analógica pasiva de 3pF directamente. 

La figura siguiente muestra el circuito equivalente para cada canal de entrada analógica diferencial.

La impedancia de entrada muy alta de los búferes de ganancia de unidad interna, típicamente> 1000GΩ, reduce en gran medida los requisitos de la unidad del amplificador externo y permite incluir filtros RC opcionales con impedancia de k y las constantes de tiempo arbitrariamente lentas para anti-aliasing u otros propósitos. Los amplificadores operacionales de micropotencia con capacidad de activación limitada también son adecuados para controlar las entradas analógicas de alta impedancia.

Circuito equivalente para entradas analógicas diferenciales, se muestra un solo canal.

Conclusión

Es necesario el uso de buffer sea interno o externos a un adc, si no utilizas un buffer, entonces las mediciones del ADC, pueden resultar erróneas .

Fuente