精確的數(shù)據(jù)采集其實全是相對的

作者：Matt Hann 德州儀器

“聰明的人解決問題，智慧的人避免問題。”— 阿爾伯特·愛因斯坦

愛因斯坦也許也會愛上模擬設(shè)計，因為其中總會涉及一些相對論。例如在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，精確度是相對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器參考電壓的。

通過評估各種必要的折衷方案，設(shè)計人員的智慧和遠(yuǎn)見決定了在板級設(shè)計中實現(xiàn)最佳性能。我們必須時刻考慮電壓參考電路的設(shè)計性能與靈活性，否則 16 位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就會表現(xiàn)得像 12 位系統(tǒng)。

當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 不含內(nèi)部參考時，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就需要外部電壓參考電路。讓電路板及系統(tǒng)級設(shè)計人員非?？鄲赖氖? 這通常是精確數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能不佳的源頭。ADC的轉(zhuǎn)換精度基于這些電路為ADC提供的精確電壓。

好消息是有三個重要組件可幫助優(yōu)化外部參考電路，提高 ADC 性能。它們分別是：電壓參考、參考驅(qū)動器放大器和外部電容器。在選擇這些器件時應(yīng)牢記以下要訣：

1)電壓參考。尋找一款滿足整體功耗需求并具有比 ADC 噪聲底限低的 1/f（閃爍）噪聲的參考。如果主要噪聲源是 ADC 本身之外的因素，這就將直接影響整體設(shè)計的精度。

2)參考驅(qū)動器放大器。參考輸入 (REF_in) SAR ADC 包含一個電容式開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，可創(chuàng)建電壓參考的動態(tài)電流需求。這可能需要外部驅(qū)動器放大器來解決 ADC 轉(zhuǎn)換之間的穩(wěn)定性或建立時間問題。

此外，在為應(yīng)用選擇放大器時，還必須在電容負(fù)載驅(qū)動器、噪聲、漂移與功耗中考慮到相互平衡。

3)電容器。即使最好的低噪聲參考，也需要一款濾波器將 RMS 噪聲降至比 ADC 低得多的水平。設(shè)法將噪聲成分控制在 ADC RMS 噪聲的 1/3 以下。

電荷斗 (Cref1) 的大小取決于：1）從 ADC 參考引腳消耗的平均動態(tài)電流；2）ADC 轉(zhuǎn)換之間的固定偏差要求；以及 3）參考驅(qū)動器放大器提供的電流總量。

對于高精確度應(yīng)用而言，該值一般介于 10 至 22μF 之間。

這幾個重要注意事項應(yīng)該會讓愛因斯坦感到自豪，它們可為您的新設(shè)計帶來一些靈感,并實現(xiàn)更高的性能。

如希望了解參考電路的設(shè)計方法，歡迎查看 TI 高精度設(shè)計 TIPD114，該數(shù)據(jù)采集參考設(shè)計可充分滿足系統(tǒng)的 1KHz AC、1mW、18 位以及 1MSPS 需求。

原文請參見: http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisiondesignshub/archive/2013/08/02/accurate-data-acquisition-it-s-all-relative.aspx

編輯：jq