ZHCUAA3D January 2017 – June 2022
使用 F280049C 片上 ADC 时,应遵循一些有用的指导原则,以实现数据表中列出的性能指标。对于交流参数尤其如此,例如:SNR、THD 和 SINAD。此外,可以看出,ADC 结果的 SNR 和直流输入下的 ADC 代码范围之间存在直接关联;如此,这些技巧还可以改进直流输入的范围和标准偏差。最后,虽然所讨论的主题与controlCARD (控制卡)相关,但也适用于其他使用 F280049C MCU 的方案。
板载电阻器和电容器:默认情况下(图 4-4)ADC 引脚的所有内联电阻器都是简单的 0Ω 分流电阻器,所有连接至接地平面的电容器均未组装。虽然此电路可用于为 ADC 输入提供电压,但需要根据电压源的特性组装电阻器 (R) 和电容器 (C) 。请参考 ADC 输入模型,ADC 输入有自己的 RC 网络,由内部采样保持电容器、开关电阻和寄生电容组成。通过改变直列式电阻和并联电容,可以优化输入电路,从而协助稳定时间和/或对输入信号滤波。最后,一般建议使用 ±0 PPM/°C (NP0/C0G) 电容器,因为这种电容器在整个温度和输入频率方面的稳定性比其他类型的电容器更好。
电压源和驱动电路:虽然片上 ADC 为 12 位架构(将模拟信号转换为数字域有 4096 种不同的输出代码),但转换仅与向 ADC 提供的输入一样精确。定义电压源分辨率以实现 ADC 的所有规格,的典型经验法则是,电压源精度比转换器的高 1 位。在这种情况下即表示,理想情况下模拟输入应精确到 13 位。
通常电压源或稳压器的设计并不精确,而是在一定容差内适应大范围电流负载,因此展示较高位 ADC(例如 F280049C 上的 ADC)的性能并不理想。这还未考虑到有问题的电源多次提供主电压为 MCU 本身供电的情况,这也会在信号中引入噪声和其他干扰。
除了输入信号的质量,ADC 在对输入进行采样时,还要考虑负载方面的影响。理想情况下 ADC 的输入阻抗为零,这样在发生采样事件时并不影响内部 R/C 网络。但在许多应用中,ADC 采样的电压是从一系列电阻器网络中得出的,通常阻值很大,以降低系统的运行电流消耗。将 ADC 采样网络与源阻抗隔离的解决方案是在信号路径中放置运算放大器。这样不仅可以将信号的阻抗与 ADC 隔离,还可屏蔽源本身,使其免受采样网络可能对系统造成的任何影响。
用于评估的推荐源:TI 的精密信号注入器 (PSI) EVM 用于验证 F280049C controlCARD (控制卡)上的 ADC 性能。此 EVM 使用 16 位 DAC 作为信号源,支持单端和差分端输出,然后利用后置放大器滤波通过高精度运算放大器传递。此 EVM 通过来自主机 PC 的标准 USB 连接进行供电和控制,并包括用于控制其输出的 GUI。输出通过单或双 SMA 型连接器路由;强烈建议在controlCARD (控制卡)集线站上放置另一 SMA 母连接器 (图 4-5),这样在通过 SMA 接收信号时可实现最佳抗噪性能。本地 RC 网络使用 30Ω 电阻器和 300pF 电容器。使用此设置所观察到的 ADC 参数与数据表中的数字一致。