基于高性能ADC前端實(shí)現(xiàn)整套標(biāo)準(zhǔn)功能的應(yīng)用設(shè)計(jì)

ADC需要有充足的信號(hào)采集模擬接口，才能獲得最佳性能。傳統(tǒng)的通用ADC前端包括多個(gè)差分輸入通道，數(shù)字可編程增益，以及跟蹤與保持功能。本設(shè)計(jì)實(shí)例給出了一個(gè)完整的高性能、低元件數(shù)的全新ADC前端，實(shí)現(xiàn)了整套的標(biāo)準(zhǔn)功能（圖1）。不過，它還帶有飛跨電容差分輸入概念，以及早先一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例所描述的發(fā)散指數(shù)負(fù)時(shí)間常數(shù)（參考文獻(xiàn)1）。本設(shè)計(jì)實(shí)例為該電路增加了多工輸入以及一個(gè)通用的跟蹤保持功能。

圖1：這款高性能、低元件數(shù)的ADC前端實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)功能組。

多路器地址與保持模式狀態(tài)位控制著信號(hào)的采集與整形。當(dāng)保持態(tài)為零，多路器地址等于所選的輸入通道時(shí)，飛跨電容C1連接到正、負(fù)差分輸入端，用于輸入電壓的采集。保持態(tài)轉(zhuǎn)換為1時(shí)將C1與輸入端隔離。于是多路器地址為0，保持態(tài)返回0，開始對輸入電壓作負(fù)時(shí)間常數(shù)的指數(shù)放大。從這一點(diǎn)，直到再次保持，并且連接的ADC作采樣，以及轉(zhuǎn)換輸出電壓的點(diǎn)，輸入電壓和輸出電壓都是時(shí)間的發(fā)散指數(shù)函數(shù)，增益等于2（1+t/10μs）。

圖2：只有放大期間時(shí)序的分辨率限制著增益設(shè)定的精度。

這個(gè)新電路建立在較早設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，擁有多臺(tái)儀器差分輸入所需要的特性。另外，電阻匹配問題和運(yùn)放的CMR（共模抑制）都不會(huì)限制電路的 CMR。雜散電容是對CMR的一個(gè)影響因素，但可以通過電路的精心布局，盡可能減少這一電容。電路亦有軌至軌的輸入，以及幾乎無限制的可編程增益。此外，增益設(shè)置的分辨率只受放大期間的時(shí)序分辨率影響（圖2和圖3）。此電路亦有±10V的輸出幅度，比單片數(shù)字可編程增益儀表放大器要高出一至三倍。

圖3：這個(gè)輸入、輸出電壓增益圖給出了跟蹤/放大邏輯轉(zhuǎn)換的持續(xù)時(shí)間。

所選運(yùn)放的固有噪聲與直流精度、指數(shù)時(shí)序生成的精度與可重復(fù)性、ADC采樣分辨率，以及RC時(shí)間常數(shù)的穩(wěn)定性等，都是信號(hào)處理性能和放大器精度的主要限制因素，如其增益設(shè)定精度、直流誤差、噪聲以及抖動(dòng)等。在電路中，1 ns的放大期間時(shí)序誤差或抖動(dòng)就相當(dāng)于0.007%的增益設(shè)定誤差。

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