"驅(qū)動 ADC 輸入"時的第一經(jīng)驗法則

 工程師們喜歡通過多種方法簡化設(shè)計流程。我最喜歡的是一直采用低阻抗電源驅(qū)動模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 輸入。為什么我會對這種方法情有獨鐘?因為它可為精確數(shù)據(jù)采集模塊帶來諸多優(yōu)勢。

我們首先來看一種常見應(yīng)用，其中需要將高電壓信號源進行電平轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為所需的 ADC 輸入范圍。圖 1 中的簡單分壓器可用來解決該問題，即將 +/-5V 信號電平轉(zhuǎn)換為 0-5V。該分壓器的等效阻抗 Req等于 R1 與 R2 的并行結(jié)合。

那么，這種有限電源阻抗會如何影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?

圖1

高電源阻抗會在數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生線性和非線性錯誤。導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)低 SNR 及 THD 性能的主要錯誤包括：

增益錯誤：ADC 輸入端的電源阻抗與 ADC 的輸入阻抗構(gòu)成分壓器。電源阻抗中的這種輸入壓降會產(chǎn)生測量過程中的增益錯誤。保持低電源阻抗有助于將這種系統(tǒng)錯誤保持在較低水平; 趨穩(wěn)時間錯誤：要實現(xiàn)精確轉(zhuǎn)換，需要在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的有效采集時間內(nèi)對 ADC 輸入進行穩(wěn)固。ADC 內(nèi)部的采樣電容器只允許在該采集時間內(nèi)充電。ADC 輸入端的電源阻抗能夠與 ADC 的輸入電容器一起創(chuàng)建更多時間常數(shù)。因此，低通濾波器會因趨穩(wěn)錯誤在采樣信號中產(chǎn)生錯誤; 失真：以上提到的由電源阻抗及輸入電容產(chǎn)生的低通濾波器問題還會在轉(zhuǎn)換過程中造成與信號有關(guān)的失真。該失真源于電容器所固有的非線性，這主要取決于其所存儲的電壓情況。用來采樣輸入信號的輸入電流會在電源阻抗中產(chǎn)生錯誤電壓。對于正弦波輸入信號來說，該錯誤不但包含諧波，而且還可加重系統(tǒng)失真。

當(dāng)驅(qū)動高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的 ADC 輸入時，電源阻抗的影響會非常明顯。