3 瞬態電流

瞬態電流面臨的一個挑戰是，由於 ADC 操作條件和周遭電路的影響，瞬態電流的大小和持續時間可能會有很大差異。因此，ADC 產品規格書很少指定瞬態電流。然而，可以透過使用示波器探測與電源走線串聯的小阻值電阻來測量給定系統配置的瞬態電流。然後，您可以使用歐姆定律來確定產生的電流。

ADS1261 提供了一個評估模組 (EVM)，該模組在電源輸出和 ADC AVDD 針腳之間整合了這樣一個電阻。圖 1 顯示了 EVM 原理圖的相關部分，其中包括一個 10Ω 測量電阻 (R33)。測量此電阻上的平均壓降或瞬態壓降，然後除以 10Ω，分別計算出 ADS1261 消耗的平均電流或瞬態電流。我在各種條件下進行了多次測試，以便更深入了解該 ADC 的瞬態電流行為。

圖 1 使用 ADS1261 EVM 的瞬態電流測試電路。

第一個瞬態電流測試是啟動測試，在 AVDD 和接地之間安裝了建議的 10µF (C23) 和 0.1µF (C24) 去耦電容器。圖 2 顯示了 ADS1261 在這些條件下的瞬態電流。

圖 2 在安裝去耦電容器的情況下，測得的啟動時瞬態電流。

回想一下在表 1 中 ADS1261 的電源供應規格，停用 PGA 時的平均電流為 2.7mA (典型值) 或 4.5mA (最大值)。但是，圖 2 中的藍色箭頭指出了 ADS1261 一開始通電時出現的 250mA 瞬態突波。這種瞬態電流是典型電流的 90 倍以上，也是產品規格書中指定的最大電流的 55 倍以上。當 ADC 發生任何狀態變化時，也可能出現類似的電流突波。

圖 2 中的綠色箭頭表示為去耦電容器充電所需的第二個瞬態電流。在正常操作條件下，去耦電容器會儲存補充電荷，以在發生瞬態時提供額外電流。這種額外的電荷有助於維持穩定的電源電壓，使 ADC 運作不受影響。但是，當系統通電時，電容器必須從未充電狀態充電至電源電壓。未通電的電容器在系統通電時表現得像短路，導致較大的突波電流。去耦電容器的容值增加時，突波電流的幅度會隨之增加。

為了只測量 ADC 所需的瞬態電流，第二次瞬態電流測試在圖 1 中移除了從 AVDD 到接地的建議 10µF 和 0.1µF 去耦電容器。圖 3 顯示了 ADS1261 在這些條件下的瞬態電流。

圖 3 在移除去耦電容器的情況下，測得的啟動時瞬態電流。

圖 1 中的 45mA 瞬態突波僅代表 ADC 因切換而需要的啟動電流。如同預期一般，與安裝去耦電容器時出現的 250mA 突波相比，只有 ADC 時的瞬態要小得多。然而，這種降低的瞬態幅度，其代價是 ADC 達到穩態電流所需的時間大幅延長，因為電容器不再提供任何補充電荷。此外，這個 45mA 瞬態仍然是表 1 中列出的最大 ADC 電流規格 4.5mA 的 10 倍。

我進行了第三組測試，以驗證不同的功能也會導致瞬態電流突波。啟用 ADS1261 VREF 正是會產生突波的功能之一。圖 4 顯示了觀察到的瞬態電流的行為。

圖 4 在啟用 ADS1261 VREF 的情況下測得的瞬態電流。

回想一下表 1，典型的 ADS1261 VREF 電流為 0.2mA。在停用 PGA (2.7mA) 和啟用內部 VREF 的情況下操作 ADC 時，總電流應為 2.9mA。但是，圖 4 中測得的 60mA 瞬態電流是預期值的 20 倍以上。此瞬態主要由放置在 VREF 輸出針腳和接地之間的濾波電容器充電所需的突波電流所造成的。

圖 4 有一個有趣特性是，電流需求基本上在整個瞬態脈衝期間保持恆定在 60mA。這種行為源於 ADS1261 內部 VREF 中設計的固有電流限制，有助於在 REFOUT 針腳對接地短路時保護 ADC。

我執行了一些額外的功能測試，儘管我沒有測試所有操作條件，但沒有顯示任何可測量的瞬態電流。此外，我應該指出，這種行爲並不限於 ADS1261；很可能所有精密 ADC 都能觀察到本文中所記錄的瞬態電流。