使用運算放大器來驅(qū)動高精度ADC

大多數(shù)高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 都沒有高阻抗輸入。輸入信號直接通過一個開關(guān)連接到一個采樣電容器。這種負(fù)載存在一些有趣的挑戰(zhàn)。
有人試圖通過直接連接一個電位計到輸入來驗證其ADC的運行，如圖1所示。這樣做的結(jié)果通常讓人失望，因為獲得的結(jié)果并不理想。這種情況下，在ADC輸入上看到的信號呈現(xiàn)出巨大的峰值，因為大輸入阻抗從采樣電容器吸取電流，從而導(dǎo)致對電容器充電需要大量的電流。如果在轉(zhuǎn)換器的采集時間tACQ內(nèi)穩(wěn)定下來，便不會出現(xiàn)問題。但是，如果沒有在tACQ內(nèi)穩(wěn)定到0.5最低有效位 (LSB) 以下，則會損耗精度。

圖2顯示了驅(qū)動一個高精度ADC的建議電路。CSH為ADC內(nèi)部的采樣電容，而RSW為采樣開關(guān)的導(dǎo)通電阻（通常低到可以忽略不計）。轉(zhuǎn)換器的采集時間tACQ期間，采樣開關(guān)關(guān)閉。

圖1 高源阻抗會引起精度損耗

圖2 驅(qū)動高精度ADC的建議電路

外部CFLT用于提供充電CSH所需的瞬時電流，其必須至少為20x CSH。一般而言，1nF較為合適。RFLT用于阻止驅(qū)動運算放大器承受純電容性負(fù)載。這樣，RFLT和CFLT構(gòu)建起一個時間常量為τ=RFLTCFLT的RC電路。

為了保證所有一切都及時穩(wěn)定以獲得精確的信號采集，tACQ必須為≥k τ，其中k=ln(2(N+1))。K為一個N位轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定至0.5LSB要求的時間常量值。由此，您可以確定最大值τ，以及RFLT的值。

選擇驅(qū)動運算放大器的關(guān)鍵參數(shù)是其單位增益帶寬，其必須為 4(1/(2πRFLTCFLT)) 以足夠快地穩(wěn)定。一些設(shè)計人員通常會忘記這個要求，可能選擇一款比要求慢得多的運算放大器，從而得到令人失望的結(jié)果。

如欲了解采樣過程、RC時間常量計算以及正確選擇運算放大器的更多詳情，敬請訪問：

1.《使用SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行馬達(dá)控制應(yīng)用中的電流測量》(SBAA081)，作者：M. Oljaca和J. McEldowney，2002年10月，網(wǎng)址： http://focus.ti.com/lit/an/sbaa081/sbaa081.pdf

2.《設(shè)計SAR ADC驅(qū)動電路，第一部分：ADC工作原理詳解》作者：R. Downs和M. Oljaca，2006年2月，網(wǎng)址： http://www.en-genius.net/includes/files/acqt_022106.pdf

3.《ADS8342 SAR ADC輸入》(SBAA127)，作者：M. Oljaca和B. Mappes，2005年1月，網(wǎng)址：nhttp://focus.ti.com/lit/an/sbaa127/sbaa127.pdf

4.《設(shè)計SAR ADC驅(qū)動電路，第二部分：SAR ADC輸入行為》，作者：R. Downs和M. Oljaca，2006年10月： http://www.en-genius.net/includes/files/acqt_100306.pdf

5.《設(shè)計SAR ADC驅(qū)動電路，第三部分：為 SAR ADC 設(shè)計優(yōu)化的輸入驅(qū)動電路》作者：R. Downs和M. Oljaca，2007年3月： http://www.en-genius.net/includes/files/acqt_031207.pdf