改善您的模數(shù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)電源抑制狀況的四種方法

是的，電源的確非常重要 —— 那筆者還能做些什么呢？

筆者的上一篇文章說明了電源變化和噪聲會對模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）性能產(chǎn)生的影響。幸好您的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并非注定如此。這里有四種您可采取的措施，能確保您的ADC不太容易受到電源變化和噪聲的影響。

1.選擇具有良好電源抑制比（PSRR）的ADC。當然，使您的系統(tǒng)性能免受其電源影響的最佳方法是選擇具有足夠PSRR的ADC來開始工作。如果您所選擇的ADC不能完全滿足您的PSRR需求，那么您可在自己原來的開關(guān)電源后加一個高PSRR的低壓差穩(wěn)壓器（LDO）以提高系統(tǒng)的PSRR。這將有助于清除任何剩余的紋波，并直接增加整個系統(tǒng)的PSRR。請看一下高PSRR的LDO，如電壓為3V至36V、電流為150mA的超低噪聲TPS7A4901。

圖1：為改善電源抑制狀況而添加的TPS7A4901

2.適當?shù)娜ヱ詈蜑V波。電源去耦通常發(fā)生在系統(tǒng)中的兩個位置點：在供電源處和設(shè)備電源引腳處。較大“容量”的去耦電容器（通常電容不小于1μF）通常直接放置在電源輸出端并連接至接地。這有助于穩(wěn)定電源并立即盡可能濾除電源噪聲。有時候，如果您希望電流汲取量大一些，您還可將額外的大容量電容器放置得更接近ADC引腳。

把附加的較小或“局部”去耦電容器（通常電容不超過1μF）放置得最接近ADC電源引腳處，以幫助過濾掉沿途發(fā)現(xiàn)的任何噪聲。使用兩個并聯(lián)的局部去耦電容器（即電容為1μF的去耦電容器和電容為100nF的去耦電容器）將能在更大的頻率范圍內(nèi)提供低阻抗。

3.注意布局。像對待所有其它重要模擬信號一樣對待您的電源布線。您想提供從供電源到ADC電源引腳的最直接、電感最小的路徑。如果您無法使用電源平面，那么請使線路保持短而直接，但要足夠?qū)?，以便處理預(yù)期的電流。此外，為了讓返回電流盡可能容易地回到電源，還要將電源線路布置得直接跨地平面。

圖2：局部去耦電容器的布局范例

當處理瞬變情況時，低電感特別重要。當ADC需要突然增加電源電流時（如上電期間），高電感可能“阻塞”電源。如果模擬和數(shù)字接地間存在任何電感，則瞬變可能在它們之間產(chǎn)生超過絕對最大額定值的電壓差，從而對ADC造成永久性損壞。圖3表明，一些器件（如ADS1278）對AGND和DGND之間允許的電壓差有很嚴格的限制。

圖3：適用于ADS1278 AGND和DGND的絕對最大額定值

4.熟知某些電源頻率。如果電源噪聲確實能找到一種途徑躲過濾波和去耦，那么Δ-Σ型ADC還有最后一道防線：數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波器最重要的功能之一就是讓帶外信號衰減；但是，該濾波器響應(yīng)可重復(fù)本身的頻率并會在頻率為調(diào)制器采樣頻率（fMOD）的倍數(shù)時返回到0dB。接近這些頻率的電源噪聲能混疊回值得關(guān)注的信號帶寬范圍內(nèi)。

圖4：Sinc 3濾波器響應(yīng)在ADS1298中的輸出頻率達4 × fMOD（a），同時在ADS1220中的抑制頻率為50Hz和60Hz（b）

如果您必須使用開關(guān)電源，請把它同步到輸出數(shù)據(jù)速率的整數(shù)倍。根據(jù)濾波器響應(yīng)，音調(diào)在開關(guān)頻率下或?qū)⒄刍氐紻C或?qū)⒈粸V波器陷波減弱。一些高精度ADC（如24位ADS1220與ADS1248）包括頻率為50Hz/60Hz的附加濾波器陷波，用于選擇輸出數(shù)據(jù)速率。

筆者希望，本博客系列的第1部分和第2部分能讓您從一個較高的層次上了解電源如何會影響ADC的性能以及如何在您的系統(tǒng)中減輕其影響。請謹記，下次要多注意自己電源的設(shè)計！

其它資源

查看TIPD120參考設(shè)計，瞧瞧在TI Designs庫中發(fā)揮作用的ADS1247 Δ-Σ型ADC和TPS7A4901。

讀一讀由TI研究員級應(yīng)用工程師John Caldwell撰寫、專門介紹用儀表放大器進行設(shè)計時如何應(yīng)對電源抑制問題的文章。

搜索TI的高精度ADC產(chǎn)品組合 —— 包括適用于溫度測量和可編程邏輯控制器（PLC）應(yīng)用的ADS1220和ADS1262等ADC。