引言
許多現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均是由高速和高精度ADC組成的。由于其低成本和低功模壓電感耗，基于CMOS開關(guān)型電容器的ADC通常被用于此類設(shè)計中。ADC使用一個無緩沖前端，直接耦合至采樣網(wǎng)絡(luò)。為了有效地最小化噪聲和信號失真，需使用一款高速、低噪聲和低失真的運算放大器來驅(qū)動該ADC。為了使失真最小化，將運算放大器輸出在ADC采集時間內(nèi)調(diào)節(jié)到理想的精度是非常重要的。通常，運算放大器建立時間是根據(jù)產(chǎn)品說明書中規(guī)定的頻率響應(yīng)時間計算得出的，也可以通過具有精度限制功能的示波器對輸出進行測量得出，有時需要將運算放大器的輸入與輸出差值放大來實現(xiàn)更高的精度。但這些方法均受示波器精度以及電路寄生的限制。此外，運算放大器的建立時間還受由示波器探針導(dǎo)入的寄生電容和電感的影響。第二種方法是將運算放大器的輸入輸出差值放大來提高測量的精度。以上這些方法均未考慮 ADC 采樣電路和采樣數(shù)據(jù)包中的寄生電容和電感。
建立時間的定義
建立時間是指從理想的瞬時步進應(yīng)用輸入到閉環(huán)放大器的輸出達到并保持在一個規(guī)定的對稱性誤差范圍的時間。建立時間包括一個非常短暫的傳播延遲時間，以及將輸出轉(zhuǎn)換至最終值近似值所需的時間，然后結(jié)合轉(zhuǎn)換從過載條件下恢復(fù)，最后穩(wěn)定在規(guī)定誤差范圍內(nèi)。對于高精度ADC來說，規(guī)定的誤差范圍通常為一個最低位(LSB)ADC的四分之一。
基本設(shè)置
此處使用的 ADC 是 TI 推出的 ADS8411，該器件是一款 16 位 2-MSPS 的逐次逼近寄存器 (SAR) ADC。驅(qū)動器運算放大模壓電感器器為 TI THS4031。圖 1 顯示了評估設(shè)置。
圖 1 建立時間評估設(shè)置
利用一個模擬多路器 (MUX)(型號為 TI TS5A3159)，通過開關(guān)其 2 個通道來產(chǎn)生瞬時步進輸入。直流電壓 V 連接到通道 2，通道 1 連接至接地;該設(shè)置可以產(chǎn)生一個步進輸入，從零電壓升至有電壓，或從有電壓降至零電壓。此外，可以通過步進發(fā)生器來產(chǎn)生步進輸入。步進發(fā)生器的建立時間速度要比運算放大器的建立時間快許多。
說明
步驟 1
ADC 首先對通道 1(連接至接地)進行采樣。需要有一個較電感器圖形符號長的采樣時間以確保 ADC 的輸入電容被完全放電。
步驟 2
如圖 2 所示，在瞬時 A 時，將模擬 MUX 從通道 1 切換到通道 2。該圖顯示了將 MUX 從通道 1 切換到通道 2 時 S 點(圖 1)的電壓。MUX 的建立時間用 ts 標(biāo)識出來。假設(shè) ts 比運算放大器的建立時間要短。
圖 2 MUX 通道變化的建立時間
步驟3
一旦在瞬時 A 點開啟模擬 MUX，運算放大器的輸入就會電感器生產(chǎn)立即開始發(fā)生變化。在瞬時 A 點之后，經(jīng)過一個非常短暫的傳播延遲，運算放大器的輸出開始變化。通過轉(zhuǎn)換率和產(chǎn)品說明書中規(guī)定的帶寬可以大概計算出運算放大器建立時間 (tideal)。本文提出的方法描繪了運算放大器在瞬時 A 點到瞬時 B 點時的輸出(如圖 3)。瞬時 B 點和瞬時 A 點之間的差為 2tideal。
圖 3 對 A 點到 B 點的 N 個采樣求平均值，提高精確度
步驟 4
第一個 ADC 采樣點是在瞬時 B 點，并記錄下該點 n 個讀數(shù)值(ADC 的數(shù)字輸出)。求出這些數(shù)值的平均值，使其更為精確(稍后進行討論)。借助圖形發(fā)生器和可調(diào)時延發(fā)生器(見圖 1)，向左移 1 個毫微秒單位，得出下一個采樣點(見圖 3)，再記錄下該點的 n 個數(shù)值。按照此法，采樣點每次以 1 個毫微秒單位從瞬時 B 點逐步移向瞬時 A 點，并以陣列的方差模電感器式存儲每個采樣點平均值。該陣列是按照逆時間順序繪制出來的，從而得出運算放大器輸出建立時間的實圖(如圖 3 所示)。
求平均值，以獲得更高精度
N 位 ADC 的輸入應(yīng)該最少設(shè)定為 n+2 位，但測量出的輸出在 ADC 上顯示為 n 位數(shù)字代碼。通過重復(fù)采樣同一個輸入和采用多個 (n) ADC 讀數(shù)值，可以提高精度。最后求出 n 個輸出數(shù)字代碼的平均值。這表明精度每增加一位，讀數(shù)值數(shù)量則為 4 個，因此精度增加了 w 位，則需要 4w 個讀數(shù)值。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
