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怎么核算集成斩波放大器的ADC转换器的失调差错和输入阻抗

模数转换器(ADC)中集成的缓冲器和放大器通常是斩波型。因为与其他工艺(如双极性工艺)相比,CMOS晶体管噪声高,难以匹配。这种斩波技术可以用来最大程度

模数转化器(ADC)中集成的缓冲器和放大器通常是斩波型。由于与其他工艺(如双极性工艺)比较,CMOS晶体管噪声高,难以匹配。这种斩波技能能够用来最大程度地下降放大器的失谐和闪耀噪声(1/f)。在斩波转化过程中,开关的电荷注入会引起电流尖峰,进而使施加于ADC输入端的电压发生方向不定(流入和/或流出)的下降或尖峰。压降与连接到ADC输入段的传感器的输出阻抗成份额。

简介

模数转化器(ADC)中集成的缓冲器和放大器通常是斩波型。有关这种斩波完成的比如,可拜见AD7124-8 和AD7779数据手册。需求这种斩波技能来最大程度地下降放大器的失谐和闪耀噪声(1/f),由于与其他工艺(如双极性工艺)比较,CMOS晶体管噪声高,难以匹配。经过斩波,放大器的1/f和失调转化到较高频率,如图1所示。

图1.闪耀噪声(1/f)与斩波

在斩波转化过程中,开关的电荷注入会引起电流尖峰,进而使施加于ADC输入端的电压发生方向不定(流入和/或流出)的下降或尖峰。压降与连接到ADC输入段的传感器的输出阻抗成份额。

均匀电流值

一般来说,数据手册不会供给电流峰值,由于它难以丈量,并且不会增加任何有意义的信息。该信息之所以无意义,是由于缓冲器的斩波频率高于ADC的输入信号带宽。因而,输入引脚上增加的低通滤波器(用来消除高于奈奎斯特频率的频率或信号音,或用来下降耦合噪声)会对峰值电流进行均匀,如图2所示。

图2.输入电流与时刻的联系

用电流表丈量输入电流,一端连接到VDD/2,另一端连接到ADC的模仿输入引脚。

假如电流表连接到其间一个电压轨,由于输入电压裕量的联系,测得的电流或许高于数据手册中的标准值。

输入电流与输入阻抗的联系

输入阻抗标准对准确核算直流差错没有协助,由于与ADC内部输入阻抗引起的负载效应比较,输入偏置电流是最主要的奉献要素。

有两个标准与输入偏置电流相关:肯定电流和差分电流。

肯定值(IABSOLUTE)是在恣意模仿输入引脚测得的输入电流。差分输入电流(IDIFFERENTIAL)是在模仿输入引脚对之间测得的电流差。这仅适用于差分输入ADC。

怎么核算直流差错

输入电流发生一个失调电压(VOFFSET),后者与连接到输入引脚的阻抗直接相关。

如图3所示,发生的失调电压一般为:

图3.漏电流引起的压降

假如用运算放大器等低阻抗源驱动模仿输入引脚,差错将不很明显。ADC测得的差错取决于施加的输入信号类型,例如是真差分输入信号仍是伪差分/单端输入信号。关于真差分输入信号,假定输入电阻(R)彻底匹配,那么ADC测得的差错将是由模仿输入引脚对之间的差分输入电流引起,如下式所示:

其间,VADC为ADC输入电压。

图4. 差分输入ADC

假如电阻不是彻底匹配,则在差分输入电流奉献之外,电阻不匹配也会发生一个差错。一般来说,假定电阻容差为1%,那么最差状况下的失调电压界说如下:

关于伪差分/单端输入信号,有两种状况:

一个模仿输入连接到低阻抗源(拜见图5)。差错界说为:

图5. 伪差分/单端ADC

两个输入均连接到高阻抗源(拜见图6)。差错与运用真差分信号的状况相同。

图6. 伪差分ADC

沟通差错

沟通重量与输入阻抗标准直接相关。输入阻抗能够是阻性或容性。若输入阻抗为容性,则给定频率下的阻抗核算如下:

其间:

Zc为输入阻抗。

CIN为数据手册给出的输入电容。

fIN为输入频率。举个比如,假定有8 pF电容和1 kHz输入带宽,则最小输入阻抗约为20 MΩ。

差错最小化

为使低通滤波器中电阻不匹配引起的差错最小,最好运用小电阻和大电容,由于电阻发生的失谐和约翰逊噪声较低。

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