當(dāng)您在系統(tǒng)中使用一個 8 到 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 時,理解轉(zhuǎn)換器的電壓參考通路至關(guān)重要。圖 1 所示為一款可適應(yīng) ADC 參考輸入動態(tài)的電路。圖中,電壓參考芯片為轉(zhuǎn)換過程和電容器 CL1 提供電壓基底 (voltage-foundation),旨在吸收 ADC 的內(nèi)部參考電路 [REF 1] 電流峰值和濾波器參考噪聲。本電路中,不僅僅降低電壓參考噪聲很重要,對內(nèi)部電壓參考放大器穩(wěn)定性進(jìn)行平衡也很重要。
圖 1 在參考和 ADC 之間安裝有低通濾波器的8 到 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的串聯(lián)電壓參考電路
利用該電路解決噪聲問題時,ADC 傳輸函數(shù)(方程式 1)表明了電壓參考噪聲的作用。
(方程式 1)
公式中,VIN 為 ADC 的輸入電壓,N 為 ADC 位數(shù),而 VREF 為 ADC 的參考電壓。VREF 變量包括所有與參考芯片相關(guān)的誤差,例如:精確度、溫度變化、噪聲等。任何情況下,參考誤差都會成為 ADC 系統(tǒng)增益誤差的一部分。
您可以利用系統(tǒng)處理器或控制器,對這些誤差中的大多數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)。如果您正從 ADC 負(fù)滿量程到正滿量程對數(shù)個點(diǎn)進(jìn)行測量,則您會在這些誤差中看到增益誤差,其與轉(zhuǎn)換器的輸入電壓有關(guān)。您無法利用處理器或控制器進(jìn)行校準(zhǔn)的誤差是噪聲。圖 2 中,您會看到,轉(zhuǎn)換器輸出端的參考噪聲隨模擬輸入電壓不斷增加。
圖 2 電壓參考和 ADC 噪聲對轉(zhuǎn)換器輸出碼的影響
大多數(shù)電壓參考數(shù)據(jù)表都有一個 0.1 到 10Hz 頻率范圍的輸出電壓噪聲規(guī)范。一些廠商提供了電壓參考輸出噪聲密度規(guī)范。這種規(guī)范一般用于寬頻帶區(qū)域噪聲,例如:10kHz 的噪聲密度等。無論廠商如何規(guī)定其參考噪聲,加裝低通濾波器均可降低參考輸出的總噪聲。您可以利用一個電容器和電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 來設(shè)計(jì)這種濾波器(參見圖 1)。您也可以通過使用參考文獻(xiàn) 2 中建議的相同技術(shù)方法來確保設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。
圖 1 顯示了我們設(shè)想中配置了 8 到 14 位轉(zhuǎn)換器的參考系統(tǒng)的完整電路圖。該系統(tǒng)的電壓參考精確度很重要;但是,您可以使用任何硬件或者軟件來對初始誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。另一方面,吸收 ADC 參考引腳上電流峰值的同時消除或減少參考噪聲,要求具備一定程度的特性描述和硬件濾波技巧。