關(guān)于模擬數(shù)據(jù)采集的設(shè)計權(quán)衡的分析與研究

使用了過采樣，就可以用數(shù)字濾波器降低噪聲。過采樣與濾波器越多，則噪聲抑制能力越好，但系統(tǒng)會更慢。Ivchenko 指出，采用 22n 過采樣及使用一個數(shù)字均化濾波器會提高噪聲性能。下表列出了給定位數(shù)下需要多少過采樣才能提高噪聲性能的情形。
　　
對給定位數(shù)提高噪聲性能需要的過采樣值
　　
Ivchenko 在 ADC 后加了一個“磚墻式”（120 dB/倍頻程）數(shù)字有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器，以降低噪聲并提取出感興趣的頻譜。然后，他提取一部分?jǐn)?shù)據(jù)或作一個移動平均，使采樣速率能為應(yīng)用所接受。

　　
低壓 ADC 與運放要求有足夠的供電電流，才能在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換期間保持信號穩(wěn)定。Hyde 說：“設(shè)計者挑選的運放和電壓基準(zhǔn)經(jīng)常沒有足夠的驅(qū)動能力。一個電壓基準(zhǔn)可能同時需要流出和流入電流?！币粋€ ADC 可能有一個動態(tài)輸入阻抗，而且可能需要一個低阻抗信號源作充分的耦合，才能維持基準(zhǔn)電壓電平。
　　
National Instruments 的模擬設(shè)計工程師 Luis Orozco 稱：“SAR 轉(zhuǎn)換器需要一種很低的輸出阻抗源來保持輸入信號在轉(zhuǎn)換期間不會變化。由于 SAR ADC 一般對其電源表現(xiàn)為高動態(tài)負(fù)載，我們要小心地旁路所有器件?！彼赋觯o一個 ADC 配用正確的運放非常重要。
　　
Orozco 說：“一個運放要具備實現(xiàn)特定 ADC 規(guī)格的性能，它消耗的電流要比 ADC 自身多數(shù)倍?！盇DC 的基準(zhǔn)輸入與信號輸入表現(xiàn)類似。低功耗器件（如電壓基準(zhǔn)）可能需要電容器或緩沖器，從而在 ADC 對基準(zhǔn)采樣時保持輸出的穩(wěn)定電平。
　　
Ivchenko 補(bǔ)充說：“不僅如此，還應(yīng)采用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的旁路電容?？赡艿脑挶M量用 X7R 陶瓷電容，而不用鉭電容。電容器必須有足夠快的充放電速度，才能在轉(zhuǎn)換期間為 ADC 提供足夠的峰值電流?！备?ESR 會增加電容器的充放電時間。
　　
圖 2 給出了提供充足電流的兩種方法。在圖 2a 中，一只電容器存儲能量，當(dāng) ADC 需要更多電流來保持基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定時，電容為其供電。一般 22?F 的電容就夠用了，但要查看ADC 數(shù)據(jù)手冊來確認(rèn)這一點。在圖 2b 中，運放用于 ADC 電壓基準(zhǔn)的緩沖。運放給電壓基準(zhǔn)提供了高阻抗輸入，同時其低阻抗輸出能為 ADC 提供充足的電流。雖然運放方案更講究，但它為 Vref 增加了一個偏置電壓，這會增加系統(tǒng)噪聲、功耗，而且成本也更高。
　　
差分輸入
　　
為改善動態(tài)范圍和噪聲抑制能力，應(yīng)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用差分輸入。使用差分輸入時（與單端輸入相反），兩根信號線上的任何信號都被共模抑制（CMR）放大器或 ADC 排除掉了。如果傳感器輸出是單端的，可使用一種單端-差分轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路（圖 3）。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以設(shè)計為使用單端輸入或差分輸入。
　　
很多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都用一個復(fù)用器來增加通道。復(fù)用器中的電阻與電容會影響信號的完整性。例如，來自復(fù)用器的電荷注入會將 DC 信號轉(zhuǎn)變?yōu)?AC 信號。導(dǎo)通電阻（Ron）與寄生電容相結(jié)合，就形成了一個低通濾波器，它有一個 RC 時間常數(shù)。圖 4 表示如果時間常數(shù)相對于采樣時間過長將會發(fā)生的事情。