電壓參考對(duì)ADC和DAC的副作用

您可能會(huì)把模數(shù)轉(zhuǎn)換器或者數(shù)模轉(zhuǎn)換器缺少輸出穩(wěn)定性的原因歸咎于實(shí)際轉(zhuǎn)換器本身。畢竟，這類(lèi)器件都非常復(fù)雜。但是，請(qǐng)不要太早下結(jié)論，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器周?chē)碾娐坊蛟S才是真正的罪魁禍?zhǔn)住＿@種電路包括一個(gè)電壓參考，它對(duì)轉(zhuǎn)換器性能的改變要超出您的想象。

在您對(duì)轉(zhuǎn)換器的初始評(píng)估中，您可能還沒(méi)有看到電壓參考的副作用。在過(guò)去，我的ADC或DAC評(píng)估順序是先確定轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口狀態(tài)良好，然后檢查轉(zhuǎn)換器的輸出是否普遍代表輸入信號(hào)。之后，我再查看零輸入(轉(zhuǎn)換器噪聲)。在您測(cè)得ADC噪聲后，便可將輸入短路接地。利用DAC，您可以將數(shù)字輸入編程為模擬零輸出。

此類(lèi)噪聲測(cè)試花費(fèi)了大量的時(shí)間來(lái)驗(yàn)證和評(píng)估，但是我從來(lái)沒(méi)有想過(guò)使用滿量程輸入來(lái)檢查轉(zhuǎn)換器的噪聲。那個(gè)時(shí)候，對(duì)我來(lái)說(shuō)這樣做實(shí)際上似乎是多余的。唉，我真是錯(cuò)失良機(jī)啊!

您會(huì)在哪里尋找ADC或DAC電壓參考誤差呢?回答這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在這些器件的傳輸函數(shù)里。圖1中，這些函數(shù)右手邊的分子為輸入信號(hào)次數(shù)2N(N為轉(zhuǎn)換器位數(shù))，而分母為以伏特為單位的電壓參考慮級(jí)。2N和VREF值均為常量。電壓參考值的影響與其誤差一起隨輸入信號(hào)增加而增加。

圖1 DOUT=ADC輸出碼的十進(jìn)制表示，AIN=ADC輸入電壓，2N=ADC和DAC精度，VREF=伏特為單位的電壓參考，DIN=輸入數(shù)字碼的DAC十進(jìn)制表示。

對(duì)您的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電壓參考進(jìn)行分析和評(píng)估的最佳方法是使用滿量程輸出信號(hào)。帶偏移誤差的電壓參考可產(chǎn)生ADC或DAC增益誤差。如果您的電壓參考存在噪聲，或者稍有不穩(wěn)定，則您還會(huì)看到這種噪聲或不穩(wěn)定，它們大多數(shù)都產(chǎn)生在轉(zhuǎn)換器輸出滿量程時(shí)。

ADC的模擬輸出或DAC的數(shù)字結(jié)果，只能與您電路的電壓參考一樣好。因此，這里有一些您在選擇您的電壓參考源時(shí)需要注意的小技巧。

在您轉(zhuǎn)換器的電壓參考引腳處使用系統(tǒng)電源電壓僅適合于最多8位。請(qǐng)思考電源電壓來(lái)自何處。例如，DC/DC或開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生較好的電路DC輸出。然而，它們一般都有一個(gè)內(nèi)部開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其會(huì)產(chǎn)生DC信號(hào)的噪聲。即使您在實(shí)施低通濾波時(shí)，DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開(kāi)關(guān)動(dòng)作的雜質(zhì)也可能會(huì)直接傳輸給您的ADC或DAC器件的輸出。您也可能會(huì)嘗試在DC/DC或開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器后面使用一個(gè)線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器電源抑制和輸出噪聲水平得到不斷改善，但您會(huì)發(fā)現(xiàn)10位以上時(shí)您還是會(huì)碰到許多問(wèn)題。

您轉(zhuǎn)換器的電壓參考引腳的一個(gè)更危險(xiǎn)源是您計(jì)算機(jī)的USB接口。USB接口的電源電壓有依附在其上面的計(jì)算機(jī)數(shù)字噪聲。這對(duì)模擬、混合信號(hào)器件來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)好的環(huán)境。

就高精度ADC和DAC而言，最好的電壓參考策略是以一個(gè)低噪聲、穩(wěn)定、獨(dú)立的參考作為您設(shè)計(jì)的開(kāi)始。對(duì)于您的轉(zhuǎn)換器參考電壓設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不存在一個(gè)普遍通用的解決方案。

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