\"驅(qū)動(dòng) ADC 輸入\"時(shí)的第一經(jīng)驗(yàn)法則

工程師們喜歡通過(guò)多種方法簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。我最喜歡的是一直采用低阻抗電源驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 輸入。為什么我會(huì)對(duì)這種方法情有獨(dú)鐘?因?yàn)樗蔀榫_數(shù)據(jù)采集模塊帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)。

我們首先來(lái)看一種常見(jiàn)應(yīng)用，其中需要將高電壓信號(hào)源進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換為所需的 ADC 輸入范圍。圖 1 中的簡(jiǎn)單分壓器可用來(lái)解決該問(wèn)題，即將 +/-5V 信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為 0-5V。該分壓器的等效阻抗 Req等于 R1 與 R2 的并行結(jié)合。

那么，這種有限電源阻抗會(huì)如何影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?

圖1

高電源阻抗會(huì)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中產(chǎn)生線(xiàn)性和非線(xiàn)性錯(cuò)誤。導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)低 SNR 及 THD 性能的主要錯(cuò)誤包括：

增益錯(cuò)誤：ADC 輸入端的電源阻抗與 ADC 的輸入阻抗構(gòu)成分壓器。電源阻抗中的這種輸入壓降會(huì)產(chǎn)生測(cè)量過(guò)程中的增益錯(cuò)誤。保持低電源阻抗有助于將這種系統(tǒng)錯(cuò)誤保持在較低水平; 趨穩(wěn)時(shí)間錯(cuò)誤：要實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)換，需要在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的有效采集時(shí)間內(nèi)對(duì) ADC 輸入進(jìn)行穩(wěn)固。ADC 內(nèi)部的采樣電容器只允許在該采集時(shí)間內(nèi)充電。ADC 輸入端的電源阻抗能夠與 ADC 的輸入電容器一起創(chuàng)建更多時(shí)間常數(shù)。因此，低通濾波器會(huì)因趨穩(wěn)錯(cuò)誤在采樣信號(hào)中產(chǎn)生錯(cuò)誤; 失真：以上提到的由電源阻抗及輸入電容產(chǎn)生的低通濾波器問(wèn)題還會(huì)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中造成與信號(hào)有關(guān)的失真。該失真源于電容器所固有的非線(xiàn)性，這主要取決于其所存儲(chǔ)的電壓情況。用來(lái)采樣輸入信號(hào)的輸入電流會(huì)在電源阻抗中產(chǎn)生錯(cuò)誤電壓。對(duì)于正弦波輸入信號(hào)來(lái)說(shuō)，該錯(cuò)誤不但包含諧波，而且還可加重系統(tǒng)失真。

當(dāng)驅(qū)動(dòng)高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的 ADC 輸入時(shí)，電源阻抗的影響會(huì)非常明顯。