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高分辨率、逐次迫临型ADC的全体精度取决于精度、安稳性和其基准电压源的驱动才能。ADC基准电压输入端的开关电容具有动态负载，因而基准电压源电路有必要可以处理与时刻和吞吐速率相关的电流。某些ADC片上集成基准电压源和基准电压源缓冲器，但这类器材在功耗或功能方面或许并非最佳——一般运用外部基准电压源电路才可到达最佳功能。本文评论基准电压源电路规划中遇到的挑战和要求。
基准电压输入
逐次迫临型ADC的简化原理图见图1。采样距离期间，容性DAC衔接至ADC输入，而且与输入电压成份额的电荷被存储在电容器中。转化开端后，DAC从输入端断开。转化算法逐一开关每一位至基准电压或地。电容上的电荷再分配可导致电流流入或流出基准电压源。动态电流负载是ADC吞吐速率和操控位查验的内部时钟的函数。最高有用位(MSB)坚持大部分的电荷，需求大部分电流。
图2显现AD7980、16位、1 MSPS、PulSAR®逐次迫临型ADC基准电压输入端的动态电流负载。经过调查基准电压源和基准电压引脚之间500 Ω电阻上的电压降，得出丈量值。曲线显现电流尖峰高达2.5 mA，而且在整个转化期间散布着较小的尖峰。
若要支撑该电流，一起坚持基准电压的无噪声特性，需在尽或许接近基准电压输入放置一个高数值、低ESR的储能电容，一般为10 µF或更大。较大的电容会进一步滑润电流负载，并下降基准电压源电路的担负，但极大的电容会发生安稳性问题。基准电压源有必要要能供给灌满基准电容所需的均匀电流，而不会导致基准电压下降过大。在ADC数据手册中，基准输入电流均匀值一般在特定的吞吐速率下指定。例如，在AD7980数据手册中，将1 MSPS下5 V基准电压源的均匀基准电流指定为330 µA典型值。两次转化之间不用耗电流，因而基准电流随吞吐速率成线性改动，在100 kSPS时降至33 µA。基准电压源——或基准电压缓冲器——在最高的方针频率下有必要具有满足低的输出阻抗，以便在ADC输入端坚持电压水平，使电压不至于由于电流而发生太大的压降。
基准电压源输出驱动
图3显现典型的基准电压源电路。基准电压源可集成具有满足驱动电流的缓冲器，也可选用恰当的运算放大器作为缓冲器。为防止转化差错，特定吞吐速率下所需的均匀电流不该使基准电压下降超越½ LSB。该差错在突发转化中最为显着，由于此吞吐速率下基准负载将从零改动到均匀基准电流。
AD7980为16位ADC，其IREF = 330 µA , VREF = 5 V；运用该ADC作为确认基准电压源是否具有满足驱动才能的示例，则关于½ LSB压降，最大答应输出阻抗为：
大部分基准电压源不指定输出阻抗，但会指定负载调整率，一般以ppm/mA表明。将其乘以基准电压并除以1000即可转化为输出阻抗。例如,”ADR435 超低噪声XFET® 5-V 5 V基准电压源指定流出电流时的最大负载调整率为15 ppm/mA。转化为电阻，可得：
因而，就输出阻抗而言，ADR435应该满足了。它可流出的最大电流为10 mA，满足处理330 µA的均匀基准电流。当ADC输入电压超出基准电压，哪怕只要很短的一段时刻，它也会向基准电压源注入电流，因而基准电压源有必要要能汲取一定量的电流。图4显现ADC和基准电压输入之间的二极管衔接，在输入超量程条件下它可形成电流流入基准电压源。与某些老的基准电压源不同，ADR435能吸收10 mA电流。
由于基准电流的参数要求与吞吐速率成线性联系，较低的吞吐速率或运用较低吞吐率的ADC（如500 kSPSAD7988-5 或100 kSPSAD7988-1 (IREF = 250 µA)时，可选用较高输出阻抗（功耗较低）的基准电压源。经过下降基准电流，可算出最大输出阻抗。请注意，这些公式仅作参阅原则，对挑选的基准电压源有必要测验硬件驱动才能。
当所选基准电压源的驱动才能不行时，或许首选微功耗基准电压源时，可运用基准电压缓冲器。可经过将恰当的运算放大器装备为单位增益而完成。运算放大器有必要具有低噪声和恰当的输出驱动才能，而且要可以安稳作业在较大容性负载下。它还有必要要能供给所需电流。一般不指定运算放大器的输出阻抗，但一般可经过输出阻抗与频率的联系图确认，如图5中的AD803180 MHz轨到轨运算放大器所示。
坐落100 kHz以下，则输出阻抗低于0.1 Ω；而直流时则低于0.05 Ω，因而就咱们1 MSPS下驱动AD7980的示例而言，它是不错的挑选。在宽频率范围内坚持低输出阻抗关于驱动基准电压输入而言十分重要。即便是较大的电容值，储能电容也永久无法消除基准电压输入端耗费的电流。电流纹波的频率成分是吞吐速率和输入信号带宽的函数。大储能电容处理与吞吐速率相关的高频电流，而基准电压缓冲器有必要可以在最大输入信号频率（或储能电容阻抗变得满足低，可供给所需电流的频率）坚持低阻抗。基准电压源数据手册中的典型曲线显现输出阻抗与频率的联系，挑选基准电压源时应加以考虑。
AD8031便是一个很好的挑选，它在容性负载大于10 µF时功能安稳。其它运算放大器（比方ADA4841也会在大电容下安稳，由于它们首要驱动安稳的直流电平，但某些特定的运算放大器有必要测验确认加载特性。在电容之前运用串联电阻以坚持安稳并不是个好主意，由于这会增加输出阻抗。
以一个基准电压源驱动多个ADC时，基准电压缓冲器十分有用，比方图6中显现的同步采样运用中的景象。
一切ADC基准电压输入都有各自的储能电容，尽或许接近基准电压输入引脚放置。每条从基准电压输入动身的走线经路由后回来坐落基准电压缓冲器输出端的星型衔接，最大程度下降串扰效应。具有低输出阻抗和高输出电流才能的基准电压缓冲器可驱动许多ADC，详细取决于电流要求。请注意，缓冲器有必要要能在额外电容下安稳，该额外电容与多个基准电压电容有关。
噪声和温度漂移
一旦确认了驱动才能，有必要保证基准电压源电路的噪声不影响ADC功能。为了坚持信噪比(SNR)和其它标准，有必要将基准电压源噪声奉献限定为ADC噪声的一小部分（比较抱负的是20%或更低）。AD7980集成5 V基准电压源，额外SNR为91 dB。转化为rms可得：
因而，基准电压源电路应具有不超越10 µV rms的噪声，以便最大程度削减对SNR形成的影响。基准电压源和运算放大器的噪声标准一般可分为两部分：低频噪声(1/f)和宽带噪声。结合这两部分可得到基准电压源电路的总噪声奉献。图7显现ADR4312.5 V基准电压源的典型噪声与频率联系曲线图。
ADR435补偿其内部运算放大器，驱动大容性负载并防止噪声峰化，使其十分合适与ADC一起运用。更翔实的叙说可拜见数据手册。选用10 µF电容，其噪声额外值为8 µV p-p 1/f（0.1 Hz至10 Hz），宽带噪声频谱密度为115 nV/√Hz。估量噪声带宽为3 kHz。若要将1/f噪声从峰峰值转化为均方根(rms)，可除以6.6：
然后，运用10 µF电容下的估量带宽核算宽带噪声奉献。有用带宽由下式确认：
运用该有用带宽核算rms宽带噪声：
总rms噪声是低频噪声和宽带噪声的平方和开根：
成果低于10 µV rms，因而不会对ADC的SNR形成太大影响。这些核算可用来预算基准电压源的噪声奉献，以判别其安稳性，但需求在作业台上运用实在硬件对数据进行验证。
若缓冲器在基准电压源之后运用，则相同的剖析可用于核算噪声奉献。例如，AD8031具有15 nV/√Hz的噪声频谱密度。由于输出端具有10 µF电容，其丈量带宽下降至大约16 kHz。运用此带宽和噪声密度，一起疏忽1/f噪声，则噪声奉献为2.4 µV rms。对基准电压源缓冲器噪声和基准电压源噪声进行平方和开根核算，即可得到总噪声的预算值。一般，基准电压源缓冲器的噪声密度远低于基准电压源噪声密度。
运用基准电压源缓冲器时，可经过在基准电压输出增加一个极低截止频率的RC滤波器，对来自基准电压源的噪声进行带宽约束，如图8所示。考虑到基准电压源一般是噪声的首要来历，这样做或许会十分有用。
挑选基准电压源时的一些其它重要考虑要素包含初始精度和温度漂移。初始精度以%或mV为单位。许多体系答应校准，因而初始精度不如漂移那么重要，而漂移一般以ppm/°C或µV/°C为单位。大多数优异的基准电压源漂移低于10 ppm/°C，而ADR45xx系列更是将漂移驱动至仅稀有ppm/°C。该漂移有必要归入体系差错预算中。
基准电压源毛病扫除
规划欠安的基准电压源电路或许导致严峻的转化过错。最常见的基准电压源问题是来自ADC的重复或”粘连”代码问题。当基准电压源输入端噪声满足大，便或许形成ADC作出过错的位判别。哪怕输入有所改动，它也以相同的代码重复呈现屡次，或许在较低的有用位中填充重复的1或0字串，如图9所示。赤色圆圈区域中，ADC呈现粘连，重复回来相同的代码。一般满量程邻近的问题更严峻，由于基准电压源噪声对较高有用位的判别发生的影响更大。一旦作出过错的位判别，其他位便填充1或0。
导致呈现”粘连”位的最常见原因是基准电压源电容的尺度与方位、基准电压源/基准电压源缓冲器的驱动才能缺乏，或是基准电压源/基准电压源缓冲器选型不妥导致过量噪声。
将储能电容放置在ADC的基准电压源输入引脚邻近并运用宽走线完成衔接很重要，如图10所示。运用多个过孔将电容衔接至接地层，可获得较低的阻抗途径。若基准电压源具有专用地，则电容应当经过宽走线衔接至该引脚邻近。由于电容用作电荷库，它有必要满足大，以约束衰减，而且有必要具有低ESR特性。具有X5R电介质的陶瓷电容是个不错的挑选。电容典型值为10 µF至47 µF范围内，但依据ADC的电流要求，有时也可运用较小数值的电容。
驱动才能缺乏是另一个问题，特别是运用低功耗基准电压源或微功耗基准电压源缓冲器，由于它们一般具有高得多的输出阻抗，随频率而显着增加。运用吞吐速率较高的ADC时，这个问题特别显着，由于吞吐速率较低时，电流要求更高。
来自基准电压源或基准电压源缓冲器的过量噪声与转化器的LSB巨细有关，也或许会形成粘连代码，因而基准电压源电路的电压噪声有必要坚持为LSB电压的一小部分。
定论
本文评论了怎么针对精细逐次迫临型ADC规划基准电压源电路，并着重了怎么判别某些常见问题。文中的核算公式用于预算基准电压源电路的驱动才能和噪声要求，以便有更高的概率使该电路经过硬件测验。
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参阅电路
AN-931 Application Note. “Understanding PulSAR ADC Support Circuitry.”
Kester, Walt. Data Conversion Handbook, Chapter 7. “Data Converter Support Circuits.”
Kester, Walt. “Which ADC Architecture Is Right for Your Application?” Analog Dialogue. Volume 39, Number 2, 2005.
Walsh, Alan. “Front-End Amplifier and RC Filter Design for a Precision SAR Analog-to-Digital Converter.” Analog Dialogue. Volume 46, Number 4, 2012.
