使用一款简单的解决方案吸收电流峰值和噪声

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当您在系统中使用一个 8 到 14 位模数转换器 (ADC) 时,理解转换器的电压参考通路至关重要。 1 所示为一款可适应 ADC 参考输入动态的电路。图中,电压参考芯片为转换过程和电容器 CL1 提供电压基底 (voltage-foundation),旨在吸收 ADC 的内部参考电路 [REF 1] 电流峰值和滤波器参考噪声。本电路中,不仅仅降低电压参考噪声很重要,对内部电压参考放大器稳定性进行平衡也很重要。

 


图 1 在参考和 ADC 之间安装有低通滤波器的 8 到 14 位模数转换器的串联电压参考电路

 

利用该电路解决噪声问题时,ADC 传输函数(方程式 1)表明了电压参考噪声的作用。

(方程式 1)

公式中,VIN 为 ADC 的输入电压,N 为 ADC 位数,而 VREF 为 ADC 的参考电压。VREF 变量包括所有与参考芯片相关的误差,例如:精确度、温度变化、噪声等。任何情况下,参考误差都会成为 ADC 系统增益误差的一部分。

 

您可以利用系统处理器或控制器,对这些误差中的大多数进行校准。如果您正从 ADC 负满量程到正满量程对数个点进行测量,则您会在这些误差中看到增益误差,其与转换器的输入电压有关。您无法利用处理器或控制器进行校准的误差是噪声。 2 中,您会看到,转换器输出端的参考噪声随模拟输入电压不断增加。

 


图 2 电压参考和 ADC 噪声对转换器输出码的影响

 

大多数电压参考数据表都有一个 0.1 到 10Hz 频率范围的输出电压噪声规范。一些厂商提供了电压参考输出噪声密度规范。这种规范一般用于宽频带区域噪声,例如:10kHz 的噪声密度等。无论厂商如何规定其参考噪声,加装低通滤波器均可降低参考输出的总噪声。您可以利用一个电容器和电容器的等效串联电阻 (ESR) 来设计这种滤波器(参见 1)。您也可以通过使用参考文献 2 中建议的相同技术方法来确保设计的稳定性。

 

图 1 显示了我们设想中配置了 8 到 14 位转换器的参考系统的完整电路图。该系统的电压参考精确度很重要;但是,您可以使用任何硬件或者软件来对初始误差进行校准。另一方面,吸收 ADC 参考引脚上电流峰值的同时消除或减少参考噪声,要求具备一定程度的特性描述和硬件滤波技巧。

 

下次,我们将研究和设计一款适合 16 位及以上转换器的电压参考电路。

 

参考文献:

  1. 《提升混频信号电压参考》,作者:Baker, Bonnie
  2. 《只需使用一个 100 电阻》,作者:Baker, Bonnie
  3. 《第 2 部分:电压参考如何影响 ADC 性能》,作者:Oljaca, Baker,发表于 TI 2009 年第 3 季度刊的《模拟应用杂志》。