【绝对干货】高精度逐次逼近型ADC支持电路的设计和故障排除

　　高精度逐次逼近型ADC支持电路的结构

　　

　　SAR基准电压源分为内部与外部

　　

　　内部基准电压源

　　易于使用

　　节省空间

　　

　　外部基准电

　　无与ADC集成的基准电压源

　　最佳性能（噪声、ppm/C漂移和初始精度）

　　可能获得更好的功效/多个ADC

　　SAR基准电压输入

　　

　　REF是开关电容输入

　　每一位电容ADC在位检验过程中均会切换至REF

　　电荷再分配会导致从REF吸取电荷

　　动态电流负载

　　吞吐速率的函数

　　内部位检验时钟的函数

　　MSB需要最大电荷

　　

　　

　　使用500欧姆电阻测得的电流

　　电流尖峰高达2.5mA

　　需要大储能电容，以获得稳定的基准电压

　　通常为10uF或以上

　　减少基准电压源驱动时的负担

　　基准电压源电路在转换之间为储能电容充电

　　ADC基准电流规定为特定吞吐速率时的平均电流

　　平均电流与吞吐速率成比例

　　基准电压输出驱动

　　

　　带隙基准电压源可以包含缓冲器（ADR43X、ADR45XX）

　　否则，可以使用合适的运放

　　电流负载应使基准电压下降小于0.5lsb

　　突发模式工作是最差的情况

　　基准电压源的输出电流大于总基准输入电流的平均值

　　基准电压源的吸电流能力

　　

　　在故障条件下，ADC输入可能会超过基准电压

　　ADC驱动器从更宽电轨运行

　　电流/电荷释放到REF节点

　　基准电压源电路需要吸电流功能（ADR43X，ADR45XX）

　　放电超过REF电容上的电压

　　在故障过程中吸取ADC驱动器电流

　　老的基准电压源可能没有吸电流功能，仅有源电流功能

　　基准电压源缓冲器

　　

　　当Ref驱动不足或uPower Ref时使用

　　用于驱动多个ADC

　　典型单位增益配置

　　低噪声

　　驱动大电容负载（10uF）

　　频率范围内的低输出阻抗

　　大储能电容可处理高频纹波

　　取决于吞吐速率

　　缓冲器可处理低频纹波

　　输入信号带宽

　　驱动多个ADC的基准电压缓冲器

　　

　　每个电路板/系统一个基准电压源

　　同步采样型应用

　　每一个SAR ADC均具有其自己的储能电容

　　尽可能靠近REF引脚放置

　　星型连接至缓冲器，使串扰最小

　　缓冲器必须在大电容负载的情况下保持稳定

　　缓冲器必须具有充足的电流驱动能力

　　基准电压源补偿和噪声

　　

　　缓冲器噪声

　　

　　同样地，也可以估计缓冲器的噪声

　　需要估计在10uF负载（~16KHz）情况下的带宽

　　缓冲器噪声影响~2.4uV

　　基准电压源通常是主要噪声源

　　假设选择噪声相对较低的缓冲器

　　如果使用缓冲器，则可通过RC对基准电压噪声进行限带处理

　　可使用极低的截止频率（耦合100Hz）

　　温度/时间漂移

　　

　　以mV指定的基准电压源的初始精度

　　漂移极为重要的规格参数

　　多数系统常常校准

　　基准电压值中的漂移显示为ADC增益误差

　　多数良好的基准电压漂移《10ppm/C

　　ADR45XX系列漂移《2ppm/C

　　增加系统误差预算

　　基准问题–“粘连位”

　　

　　设计不佳的基准电压电路显示为“粘连位”

　　由于噪声，SAR做出错误的位判断

　　相同的代码不断重复，而输入不断变化

　　低位中的所有零或所有

　　在接近满量程的输入端更重要

　　常见原因

　　储能电容的布局和大小

　　驱动强度不足/高输出阻抗

　　基准电压噪声/基准电压缓冲器太大

　　布局考量

　　

　　储能电容布局至关重要

　　尽量靠近ADC基准引脚

　　使用宽走线连接

　　低阻抗接地路径或基准接地引脚（如有）

　　电容选择

　　低ESR

　　陶瓷X5R

　　越大越好，高达10uF，但取决于ADC电流要求。

　　模拟前端

　　采样系统的典型前端连接

　　

　　SAR ADC的模拟输入架构

　　选择某种输入类型的原因

　　各设计的优势和限制

　　遇到的常见错误

　　差分ADC的输入端没有反相信号

　　

　　在伪差分ADC的IN-输入端施加非零直流电压

　　反相，但Vcm不正确

　　

　　逐次逼近型器件的三种最常见的ADC输入结构类型 单端

　　简单是它的优点→?仅需要一条线即可将信号源的信号传递至ADC

　　信号以ADC的公共接地引脚为参考

　　对于许多应用，单端连接是可接受的完美解决方案

　　因此您为什么会想用其他的呢？。..。.

　　不能抑制信号链内的直流失调→?减小输入信号的动态范围

　　更易受到耦合噪声的影响

　　信号源和ADC应彼此靠近

　　如果检测信号地的需求增加，则可能会考虑伪差分器件

　　伪差分

　　

　　将感知的信号地与ADC接地分开

　　IN-是信号源接地检测

　　ADC旨在抑制IN-上的干扰信号

　　伪差分器件可抑制哪种类型的干扰信号？

　　IN-允许输入的电压范围有限

　　

　　较大的共模电压可能需考虑在输入端增加一个仪表放大器

　　SE器件的动态范围没有提高…如果需要更大的动态范围怎么办？

　　差分反相

　　

　　提高动态范围?反相信号允许输入+/-满量程而非0至满量程…使动态范围加倍！！！

　　

　　最大程度抑制噪声

　　往往消除偶阶失真产物

　　ADC旨在抑制输入干扰信号

　　和伪差分一样，架构限制可抑制的共用输入信号范围→?CMRR在此范围内非常好

　　

　　信号必须为反相信号→?否则，很快违反共模限制

　　根据不同的架构，此器件可接受不同极性的电压输入

　　单极性→?通常具有0V至Vref或多倍Vref的绝对输入电压范围

　　双极性→?通常具有+/- Vref或多倍+/- Vref的绝对输入电压

　　对于任一极性信号均可采用上述所有ADC输入结构

　　选择正确的驱动放大器

　　选择正确的无源滤波器值

　　带宽/建立时间考虑因素

　　选择正确的放大器

　　由于采用SAR ADC的开关电容架构，输入阻抗不会很高

　　很可能需要一个放大器，用于在输入信号源和ADC之间执行阻抗转换

　　根据采样速率、信号带宽和所使用的转换器，选择放大器对于实现所需的系统性能水平至关重要

　　计算RC滤波器带宽

　　

　　

　　R和C值考虑因素

　　CEXT衰减“反冲”，通常为两nF

　　太大导致驱动器不稳定

　　低电压系数NP0电容

　　REXT帮助放大器驱动CEXT

　　太小又会降低驱动器的相位裕量=》不稳定或振铃

　　太大导致失真增加。可能适用于较低的fin

　　放大器带宽应至少为2-3x RC带宽

　　SSBW用于低频（《100KHz）

　　LSBW用于多路复用/高频

　　对多路复用输入至关重要的建立时间（至0.001%）

　　选择合适的放大器 - 裕量

　　

　　失真性能需要上/下余量

　　对于R-R输出甚至可达1V或更多

　　可使用单极性电源，有损输入范围，SNR略有下降