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作者：Rick Downs，德州仪器 (TI) 高精度模拟应用工程经理

 

大多数高精度模数转换器 (ADC) 都没有高阻抗输入。输入信号直接通过一个开关连接到一个采样电容器。这种负载存在一些有趣的挑战。

 

有人试图通过直接连接一个电位计到输入来验证其 ADC 的运行，如图 1 所示。这样做的结果通常让人失望，因为获得的结果并不理想。这种情况下，在 ADC 输入上看到的信号呈现出巨大的峰值，因为大输入阻抗从采样电容器吸取电流，从而导致对电容器充电需要大量的电流。如果在转换器的采集时间 tACQ 内稳定下来，便不会出现问题。但是，如果没有在 tACQ 内稳定到 0.5 最低有效位 (LSB) 以下，则会损耗精度。

 

 

图 1 高源阻抗会引起精度损耗

 

图 2 显示了驱动一个高精度 ADC 的建议电路。CSH 为 ADC 内部的采样电容，而 RSW 为采样开关的导通电阻（通常低到可以忽略不计）。转换器的采集时间 tACQ 期间，采样开关关闭。

 

图 2 驱动高精度 ADC 的建议电路

 

外部 CFLT 用于提供充电 CSH 所需的瞬时电流，其必须至少为 20x CSH。一般而言，1nF 较为合适。RFLT 用于阻止驱动运算放大器承受纯电容性负载。这样，RFLT 和 CFLT 构建起一个时间常量为 τ = RFLTCFLT 的 RC 电路。

 

为了保证所有一切都及时稳定以获得精确的信号采集，tACQ 必须为 ≥ k τ，其中k = ln(2(N+1))。K 为一个 N 位转换器稳定至 0.5LSB 要求的时间常量值。由此，您可以确定最大值 τ，以及 RFLT 的值。

 

选择驱动运算放大器的关键参数是其单位增益带宽，其必须为 4(1/(2πRFLTCFLT)) 以足够快地稳定。一些设计人员通常会忘记这个要求，可能选择一款比要求慢得多的运算放大器，从而得到令人失望的结果。

 

如欲了解采样过程、RC 时间常量计算以及正确选择运算放大器的更多详情，敬请访问：

 

  1. 《使用 SAR 模数转换器进行马达控制应用中的电流测量》(SBAA081)，作者：M. Oljaca 和 J. McEldowney，2002 年 10 月，网址：http://focus.ti.com/lit/an/sbaa081/sbaa081.pdf
  2. 《设计 SAR ADC 驱动电路，第一部分：ADC 工作原理详解》作者：R. Downs 和 M. Oljaca，2006 年 2 月，网址：http://www.en-genius.net/includes/files/acqt_022106.pdf
  3. 《ADS8342 SAR ADC 输入》(SBAA127)，作者：M. Oljaca 和 B. Mappes，2005 年 1 月，网址：http://focus.ti.com/lit/an/sbaa127/sbaa127.pdf
  4. 《设计 SAR ADC 驱动电路，第二部分：SAR ADC 输入行为》，作者：R. Downs 和 M. Oljaca，2006 年 10 月：http://www.en-genius.net/includes/files/acqt_100306.pdf
  5. 《设计 SAR ADC 驱动电路，第三部分：为 SAR ADC 设计优化的输入驱动电路》作者：R. Downs 和 M. Oljaca，2007 年 3 月：http://www.en-genius.net/includes/files/acqt_031207.pdf
  6. 《外部组件提升了 SAR ADC 精度》，作者：B. Baker 和 M. Oljaca，EDN，2007 年 6 月 7 日，pp 67-75，网址：http://www.edn.com/article/CA6447231.html。 
  7. 《驱动 SAR ADC 首先是选择正确的运算放大器》作者：M. Oljaca 和 B. Baker，EDN，2008 年 10 月 16，pp 43-54，网址： http://www.edn.com/article/CA6602451.html

 

Anonymous

  •        TI的运算放大器具有 最新 TI 高精度设计方案的参考设计提供，可帮助工程师快速评估和定制系统：

    　　· 支持最低失真高电压输入的 数据采集系统;

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    　　· 采用隔离电阻器的电容式负载驱动器验证参考设计;

    　　· 统一运算放大器压摆率限制器参考设计。

    　　此外，TI 高精度设计电路还随附提供 TINA-TI™ SPICE 模型，其可实现对该电路的精确仿真与调试。

    　   TI的运算放大器可充分利用 DIP 适配器评估板或通用运算放大器评估模板快速评估该器件的功能性与多功能性。

    　　此外，TI的运算放大器大多数还提供 TI WEBENCH® 滤波设计器支持，该在线工具可帮助工程师在几分钟内设计、优化和仿真完整的多级有源滤波器解决方案。

          其实老实说，对于TI的活动我也是热于参加。但是有的时候，感兴趣的活动才是最好的活动不是嘛，当然如果能从活动中收获到知识和肯定，那我相信这种活动肯定是大家都热于参加的。而现在就有这样一个机会摆在我的面前，让我静下心来，静静的来阅读收获一些知识。

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         这里TI工程师为大家很好的讲解了高精度模数转换器ADC的细节和设计，帮助大家更好的了解高精度模数转换器ADC和使用高精度模数转换器ADC。

         另外关于这本书《使用 SAR 模数转换器进行马达控制应用中的电流测量》。它不愧是大牛写的，它从排版从插图我们就可以很好的意识到这是一本很好的PDF，从细节着手为大家分享如何使用 SAR 模数转换器进行马达控制应用中的电流测量。

       《设计 SAR ADC 驱动电路，第三部分：为 SAR ADC 设计优化的输入驱动电路》书中介绍到，如果运放和ADC之间直接相连，则ADC输入端的电荷注入效应将对运放的输出造成影响，加入RC组合则会解决电荷注入效应的问题。与此同时，书中对RFLT和CFLT的选择也进行了介绍，CFLT要是银云母电容或C0G电容，这些电容能够为Csh提供稳定的电压和频率性能。 CFLT 必须至少为 20x CSH，接下来利用ADC内部电阻、电容决定RFLT：最终决定的Cin和Rin的时间常数是CFLT和RFLT时间常数的70%，RFLT的阻值大小为50Ω~2KΩ。当RFLT和CFLT决定后，运放电路应该在驱动阶跃信号是也能及时稳定得到期望的精度。

          高速高精度模数转换器在国际上已经有很多商用芯片, 本文分析了流水线模数转换器的主要电路模块,包括主要有采样保持电路,流水线转换级电路,电压参考电路,时钟电路,数字校正电路等,并设计了一款采用TSMC0.18μm混合信号工艺的14位1 OOM采样率的流水线模数转换器原型电路。

        本文设计的模数转换器原型电路具有以下特点：考虑了包括采样开关的导通阻抗与非线性,使用了CMOS开关,栅电压自举开关等技术；考虑模数转换的高精度和高速要求设计了增益提高运算放大器；考虑电容失配等误差设计了数字校正算法,其中数字校正算法利用了数字电路灵活性高,容易实现复杂功能的特点,可以有效地抑制或校正其非理想特性。 本文所设计的14位100M采样率的流水线模数转换器原型芯片中包括了电容翻转采样保持电路,流水线转换级,电压参考电路,以及数字校正电路等部分。经过校正的模数转换器系统仿真达到了70 dB以上的信噪比和90 dB以上的无杂散动态范围；在0.1%电容失配的条件下,数字校正电路可以使无杂散动态范围提高20 dB以上。

  • 博文很简短，但是开头一句话“这种负载存在一些有趣的挑战”，一下子把一个很深邃枯燥的问题变得有趣起来！！

  • 嗯，这个方法看上去很不错！之前也有用过24位的高精度模数转换ADS1259，使用中会出现实际的与采到的值会有偏差，后面发现是运算放大器的放大比例系数会随着采样的值不同而改变，不知道这种方法能否稳定下来！？

  • 基于SAR ADC的数据采集电路地设计确实不是一件容易的事情。手头上刚好有一个项目其

    中一部分就是利用SAR ADC进行数据采集分析。ADC前端添加了RC滤波电路，但是效果并

    不理想，在采集的时候还是会被噪声干扰。看了这篇文章，受益匪浅。

    原理：即使“轨至轨”器件的输入或输出电压幅度即使达到电源电压的上下限，此时放大器也不会像常规运放那样发生饱和失真或翻转。例如，在单电源 +5V 供电的条件下，即使输入、输出信号的幅值低到接近 0V，或高至接近 5V，信号也不会发生截止或饱和失真，从而大大增加了运算放大器的动态范围。这在低电源供电的电路中尤其具有实际意义.轨至轨输入/输出特性，扩大了动态范围，避免了补偿输入级常见的交越问题，这种设计降低了失真，在整个输入电压范围内，甚至比比电源电压高 100mV 左右，实现了较高的共模抑制比(CMRR)，因此最大限度地提高了整体性能，非常适合驱动 A/D 转换器，而不会造成差分线性衰减。

    参数选择计算：

    选择驱动运算放大器的关键参数是其单位增益带宽，其必须为 4(1/(2πRFLTCFLT)) 以足够快地稳定。

    为了保证所有一切都及时稳定以获得精确的信号采集，tACQ 必须为 ≥ k τ，其中k = ln(2(N+1))。τ = RFLTCFLT，外部 CFLT一般而言，1nF 较为合适。