電壓參考對ADC和DAC的副作用

您可能會把模數(shù)轉(zhuǎn)換器或者數(shù)模轉(zhuǎn)換器缺少輸出穩(wěn)定性的原因歸咎于實(shí)際轉(zhuǎn)換器本身。畢竟，這類器件都非常復(fù)雜。但是，請不要太早下結(jié)論，因?yàn)檗D(zhuǎn)換器周圍的電路或許才是真正的罪魁禍?zhǔn)?。這種電路包括一個電壓參考，它對轉(zhuǎn)換器性能的改變要超出您的想象。

在您對轉(zhuǎn)換器的初始評估中，您可能還沒有看到電壓參考的副作用。在過去，我的ADC或DAC評估順序是先確定轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口狀態(tài)良好，然后檢查轉(zhuǎn)換器的輸出是否普遍代表輸入信號。之后，我再查看零輸入(轉(zhuǎn)換器噪聲)。在您測得ADC噪聲后，便可將輸入短路接地。利用DAC，您可以將數(shù)字輸入編程為模擬零輸出。

此類噪聲測試花費(fèi)了大量的時間來驗(yàn)證和評估，但是我從來沒有想過使用滿量程輸入來檢查轉(zhuǎn)換器的噪聲。那個時候，對我來說這樣做實(shí)際上似乎是多余的。唉，我真是錯失良機(jī)啊!

您會在哪里尋找ADC或DAC電壓參考誤差呢?回答這個問題的關(guān)鍵在這些器件的傳輸函數(shù)里。圖1中，這些函數(shù)右手邊的分子為輸入信號次數(shù)2N(N為轉(zhuǎn)換器位數(shù))，而分母為以伏特為單位的電壓參考慮級。2N和VREF值均為常量。電壓參考值的影響與其誤差一起隨輸入信號增加而增加。

圖1 DOUT=ADC輸出碼的十進(jìn)制表示，AIN=ADC輸入電壓，2N=ADC和DAC精度，VREF=伏特為單位的電壓參考，DIN=輸入數(shù)字碼的DAC十進(jìn)制表示。

對您的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電壓參考進(jìn)行分析和評估的最佳方法是使用滿量程輸出信號。帶偏移誤差的電壓參考可產(chǎn)生ADC或DAC增益誤差。如果您的電壓參考存在噪聲，或者稍有不穩(wěn)定，則您還會看到這種噪聲或不穩(wěn)定，它們大多數(shù)都產(chǎn)生在轉(zhuǎn)換器輸出滿量程時。

ADC的模擬輸出或DAC的數(shù)字結(jié)果，只能與您電路的電壓參考一樣好。因此，這里有一些您在選擇您的電壓參考源時需要注意的小技巧。

在您轉(zhuǎn)換器的電壓參考引腳處使用系統(tǒng)電源電壓僅適合于最多8位。請思考電源電壓來自何處。例如，DC/DC或開關(guān)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生較好的電路DC輸出。然而，它們一般都有一個內(nèi)部開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其會產(chǎn)生DC信號的噪聲。即使您在實(shí)施低通濾波時，DC/DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部開關(guān)動作的雜質(zhì)也可能會直接傳輸給您的ADC或DAC器件的輸出。您也可能會嘗試在DC/DC或開關(guān)轉(zhuǎn)換器后面使用一個線性穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器電源抑制和輸出噪聲水平得到不斷改善，但您會發(fā)現(xiàn)10位以上時您還是會碰到許多問題。

您轉(zhuǎn)換器的電壓參考引腳的一個更危險源是您計(jì)算機(jī)的USB接口。USB接口的電源電壓有依附在其上面的計(jì)算機(jī)數(shù)字噪聲。這對模擬、混合信號器件來說并不是一個好的環(huán)境。

就高精度ADC和DAC而言，最好的電壓參考策略是以一個低噪聲、穩(wěn)定、獨(dú)立的參考作為您設(shè)計(jì)的開始。對于您的轉(zhuǎn)換器參考電壓設(shè)計(jì)來說，不存在一個普遍通用的解決方案。

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