精确的数据采集?全是相对的。

作者:Matt Hann  德州仪器

“聪明的人解决问题,智慧的人避免问题。”— 阿尔伯特·爱因斯坦

爱因斯坦也许也会爱上模拟设计,因为其中总会涉及一些相对论。例如在数据采集系统中,精确度是相对于数据转换器参考电压的。

通过评估各种必要的折衷方案,设计人员的智慧和远见决定了在板级设计中实现最佳性能。我们必须时刻考虑电压参考电路的设计性能与灵活性,否则 16 位数据采集系统就会表现得像 12 位系统。

当模数转换器 (ADC) 不含内部参考时,数据采集系统就需要外部电压参考电路。让电路板及系统级设计人员非常苦恼的是, 这通常是精确数据采集系统性能不佳的源头。ADC的转换精度基于这些电路为ADC提供的精确电压。

好消息是有三个重要组件可帮助优化外部参考电路,提高 ADC 性能。它们分别是:电压参考、参考驱动器放大器和外部电容器。在选择这些器件时应牢记以下要诀:

1) 电压参考。寻找一款满足整体功耗需求并具有比 ADC 噪声底限低的 1/f(闪烁)噪声的参考。如果主要噪声源是 ADC 本身之外的因素,这就将直接影响整体设计的精度。

2) 参考驱动器放大器。参考输入 (REF_in) SAR ADC 包含一个电容式开关网络,可创建电压参考的动态电流需求。这可能需要外部驱动器放大器来解决 ADC 转换之间的稳定性或建立时间问题。

此外,在为应用选择放大器时,还必须在电容负载驱动器、噪声、漂移与功耗中考虑到相互平衡。

3) 电容器。即使最好的低噪声参考,也需要一款滤波器将 RMS 噪声降至比 ADC 低得多的水平。设法将噪声成分控制在 ADC RMS 噪声的 1/3 以下。

电荷斗 (Cref1) 的大小取决于:1)从 ADC 参考引脚消耗的平均动态电流;2)ADC 转换之间的固定偏差要求;以及 3)参考驱动器放大器提供的电流总量。

对于高精确度应用而言,该值一般介于 10 至 22μF 之间。

这几个重要注意事项应该会让爱因斯坦感到自豪,它们可为您的新设计带来一些灵感,并实现更高的性能。

如希望了解参考电路的设计方法,欢迎查看 TI 高精度设计 TIPD114,该数据采集参考设计可充分满足系统的 1KHz AC、1mW、18 位以及 1MSPS 需求。

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