關鍵字：模擬電路設計、轉換器、運算放大器、工業(yè)、醫(yī)療、視頻

 

您可能會把模數轉換器或者數模轉換器缺少輸出穩(wěn)定性的原因歸咎于實際轉換器本身。畢竟，這類器件都非常復雜。但是，請不要太早下結論，因為轉換器周圍的電路或許才是真正的罪魁禍首。這種電路包括一個電壓參考，它對轉換器性能的改變要超出您的想象。

 

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

 

此類噪聲測試花費了大量的時間來驗證和評估，但是我從來沒有想過使用滿量程輸入來檢查轉換器的噪聲。那個時候，對我來說這樣做實際上似乎是多余的。唉，我真是錯失良機啊！

 

您會在哪里尋找 ADC 或 DAC 電壓參考誤差呢？回答這個問題的關鍵在這些器件的傳輸函數里。圖 1 中，這些函數右手邊的分子為輸入信號次數 2^N（N 為轉換器位數），而分母為以伏特為單位的電壓參考量級。2^N和  V_REF值均為常量。電壓參考值的影響與其誤差一起隨輸入信號增加而增加。

 

圖 1 D_OUT =ADC 輸出碼的十進制表示，A_IN =ADC 輸入電壓，2^N = ADC 和 DAC 精度，V_REF =伏特為單位的電壓參考，D_IN =輸入數字碼的DAC十進制表示。

 

對您的數據轉換器電壓參考進行分析和評估的最佳方法是使用滿量程輸出信號。帶偏移誤差的電壓參考可產生 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，則您還會看到這種噪聲或不穩(wěn)定，它們大多數都產生在轉換器輸出滿量程時。

 

ADC 的模擬輸出或 DAC 的數字結果，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需要注意的小技巧。

 

在您轉換器的電壓參考引腳處使用系統電源電壓僅適合于最多 8 位。請思考電源電壓來自何處。例如，DC/DC 或開關轉換器產生較好的電路 DC 輸出。然而，它們一般都有一個內部開關網絡，其會產生 DC 信號的噪聲。即使您在實施低通濾波時，DC/DC 轉換器內部開關動作的雜質也可能會直接傳輸給您的 ADC 或 DAC 器件的輸出。您也可能會嘗試在 DC/DC 或開關轉換器后面使用一個線性穩(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，但您會發(fā)現 10 位以上時您還是會碰到許多問題。

 

您轉換器的電壓參考引腳的一個更危險源是您計算機的 USB 接口。USB 接口的電源電壓有依附在其上面的計算機數字噪聲。這對模擬、混合信號器件來說并不是一個好的環(huán)境。

 

就高精度 ADC 和 DAC 而言，最好的電壓參考策略是以一個低噪聲、穩(wěn)定、獨立的參考作為您設計的開始。對于您的轉換器參考電壓設計來說，不存在一個普遍通用的解決方案。但是，在隨后的系列文章中，我將介紹幾款與各種各樣不同的轉換器一起工作的電路。我們下次見。