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使用运算放大器来驱动高精度 ADC

导读: 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。

  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。

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