分辨率轉(zhuǎn)換器器件噪聲處理

高分辨率轉(zhuǎn)換器存在的一些問題是電壓參考噪聲、穩(wěn)定性，以及該參考電路驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器電壓參考引腳的能力。R1、C2和C3無源濾波器隨電壓參考噪聲急劇下降。這種低通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率為1.59Hz。該濾波器可減少寬帶噪聲和極低頻噪聲。附加R-C濾波器使噪聲水平降至20位ADC的可控范圍以內(nèi)。這一結(jié)果令人鼓舞。但是，如果電流受到拉力，從ADC參考引腳流經(jīng)R1，則壓降會(huì)破壞轉(zhuǎn)換，因?yàn)槊總€(gè)位判定 (bit decision) 都有一次壓降。圖1所示電路還是為您的16位以上的轉(zhuǎn)換器提供了一款不錯(cuò)的解決方案。

　　圖 1 16位以上ADC電壓參考電路

　　圖1所示電路圖有一個(gè)運(yùn)算放大器(op amp)，旨在“隔離”C2、R1和C3低通濾波器，并為ADC的電壓參考引腳提供足夠的驅(qū)動(dòng)力。25℃時(shí)，CMOS運(yùn)算放大器 (OPA350) 的輸入偏置電流為10 pA。這一電流與R1(10 kΩ)共同產(chǎn)生一個(gè)100 nV的恒定DC壓降。這種水平的壓降不會(huì)改變23位ADC的最終位判定。運(yùn)算放大器的輸入偏置電流隨溫度變化而改變，這是實(shí)際情況，但在125℃溫度下您可以預(yù)計(jì)一個(gè)不超過10 nA的最大電流值，其在100℃溫度范圍產(chǎn)生100 μV的變化。

　　我們需要將R1的這種壓降考慮進(jìn)來。該壓降會(huì)增加電壓參考器件的誤差。假設(shè)電壓參考電路的初始誤差為±0.05%，且誤差溫度為3 ppm/℃。參考電壓為4.096伏時(shí)，室溫下初始電壓參考誤差等于2.05mV，125℃時(shí)增加1.23 mV。圖1所示電路中，隨著運(yùn)算放大器偏移和輸入偏置電流誤差的變化，參考電壓器件占主導(dǎo)地位。連接至圖1所示電路的ADC，承受的誤差是參考電壓、R1和OPA350(增益誤差)所產(chǎn)生誤差的和。

　　運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)一個(gè)10 μF電容器 (C4) 和ADC的電壓參考輸入引腳。位于C4上的電荷提供ADC轉(zhuǎn)換期間所需的電荷。在ADC的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換期間，C4容量的大小為ADC的參考引腳提供一種恒定的電壓參考，其通常具有約2到50 pF的輸入電容。

　　圖1所示電路中，需要注意的最后一點(diǎn)。C4和運(yùn)算放大器開環(huán)輸出電阻 (RO) 改變放大器的開環(huán)增益(AOL) 曲線時(shí)，您可以對(duì)放大器的穩(wěn)定性做折中處理。參考文獻(xiàn)2中的討論說明了找出這一問題的過程。基本上而言，具有較好穩(wěn)定性的電路是改進(jìn)運(yùn)算放大器AOL曲線和閉環(huán)電壓增益曲線的閉合速率為20dB的電路。

　　圖2 圖1所示OPA350緩沖頻率響應(yīng)

　　該穩(wěn)定電路中，極點(diǎn)和零點(diǎn)的頻率位置計(jì)算如下，其中OPA350的開環(huán)輸出電阻為50Ω (RO)，而C4 (RESR) 的ESR為2 mΩ。