使用一款簡(jiǎn)單的解決方案吸收電流峰值和噪聲

當(dāng)您在系統(tǒng)中使用一個(gè) 8 到 14 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 時(shí)，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(dòng)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(duì)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(shí)，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(huì)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(duì)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(duì)數(shù)個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，則您會(huì)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(huì)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(duì)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(gè) 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(gè)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?cè)O(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(duì)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(shí)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。

下次，我們將研究和設(shè)計(jì)一款適合 16 位及以上轉(zhuǎn)換器的電壓參考電路。

參考文獻(xiàn)：

1. 《提升混頻信號(hào)電壓參考》,作者：Baker, Bonnie

2. 《只需使用一個(gè) 100 電阻》,作者：Baker, Bonnie

3. 《第 2 部分：電壓參考如何影響 ADC 性能》，作者：Oljaca, Baker,發(fā)表于 TI 2009 年第 3 季度刊的《模擬應(yīng)用雜志》。