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主题中讨论的其他器件：ADS1256、 ADS124S08、 ADS8688、 ADS131M08我的 ADC 的数据表给出了±VREF 的输入范围。 这是否意味着我可以测量相对于接地的负电压？
要回答这个问题，首先必须区分“绝对输入电压”和“差分输入电压”。 这两个规格都可能出现在 ADC 数据表中、每个规格都有不同的注意事项。 此外，由于许多 ADC 和 ADC 系统具有多个接地节点，因此有必要定义“接地”的含义。
绝对输入电压与差分输入电压
模拟输入端的绝对输入电压(AINx)以固定电压(通常为接地节点)为基准。 如图1所示、24位、8通道、30kSPS ADS1256的绝对输入电压以 AGND 为基准。 虽然这很常见、但其他接地节点可能包括数字接地(DGND)或负双极电源(AVSS)、本文档稍后将讨论这两个接地节点。 有关绝对输入电压要求的具体信息、请参阅 ADC 数据表。
差分输入电压(VIN)是两个模拟输入之间测得的电压。 这两个输入通常表示为正模拟输入(AINP)和负模拟输入(AINN)、因此 VIN = AINP–AINN。 对于只有一个输入引脚的单端 ADC、AINN 在内部连接到接地端、因此 VIN = AINP。 如图1所示，ADS1256的差分输入电压范围(“满量程输入电压”)为±2*VREF/PGA。 这个等式意味着 ADC 能够测量一个介于-2*VREF/增益到+2*VREF/增益之间的差分电压。
图1：ADS1256模拟输入规格
因此、ADS1256可以测量负差分输入电压、但每个引脚上的绝对输入电压必须为正(≥AGND)。 例如、如果 AINP = 5V 且 AINN = 0V、则 VIN = AINP–AINN = 5V–0V =+5V。如果 AINP 和 AINN 互换、则 AINP = 0V 且 AINN = 5V、 然后 VIN = 0V–5V =-5V。此示例会产生正负差分输入电压、不过–重要的是–每个引脚上的绝对输入电压(AINP 和 AINN)始终为正。 因此、ADS1256无法测量相对于接地的负电压。
双极电源
如果系统需要测量负电压、则可以选择使用双极电源的 ADC。 例如、图2显示了24位、12通道、4kSPS ADS124S08的建议运行条件表。 具体而言、模拟电源规格显示 AVSS 可以相对于数字接地(DGND)为负。
图2：ADS124S08模拟输入规格
ADS124S08的常见双极电源配置为 AVDD = 2.5V、AVSS =-2.5V、两者均以 DGND 为基准。 例如、绕过 PGA 时、ADS124S08上的绝对输入范围为 AVSS–50mV < AINx < AVDD + 50mV。 换句话说、如果使用双极模拟电源、ADS124S08能够测量相对于 DGND 的负电压。 但是、如果所需的基准点是 AVSS 而不是 DGND、则无论电源配置如何、ADS124S08都无法测量相对于 AVSS 的负电压。
使用单极电源时的双极输入范围
如果系统不支持双极电源、则可以使用双极输入 ADC。 例如、16位、8通道、500kSPS ADS8688使用差分放大器输入结构、即使在使用单极电源的情况下、也允许相对于接地(AIN_nGND)的绝对输入电压为±10V。 图3显示了 ADS8688数据表中的绝对("工作")和差分("满量程")输入电压参数。
图3：ADS8688模拟输入规格
图3中请注意、ADS8688可测量以 AIN_nGND 为基准的低至-2.5 * VREF 的绝对输入电压。 使用 ADC 内部4.096V 电压基准转换为-10.24V。 最终、即使在由单极电源供电时、ADS8688也能够测量相对于接地的负电压。
其他 ADC 可能采用不同的电源结构、从而能够测量负电压。 例如、24位、8通道(同步)、32kSPS ADS131M08具有一个集成电荷泵、用于扩展绝对输入范围。 图4显示了 ADS131M08数据表中的模拟输入规格、其中 AINP 或 AINN 相对于 AGND 可能低至-1.3V。 尽管图4中未显示、但这些规格假设是单极电源。
图4：ADS131M08模拟输入规格
要帮助确定可测量负电压的 ADC，请使用 TI 的精密 ADC 参数搜索 工具。 具体而言，选择“输入范围(最小值)(V)”参数，并将最大值设置为-0.01V，如图5所示。 滤波后的搜索结果提供了可测量负电压的任何 ADC、但它们不一定区分需要单极或双极电源的 ADC。
图5：在精密 ADC 参数搜索中查找允许负电压输入的 ADC