精確測(cè)量ADC驅(qū)動(dòng)電路建立時(shí)間(07-100)

　　引言

　　許多現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)均是由高速和高精度ADC組成的。由于其低成本和低功耗，基于CMOS開(kāi)關(guān)型電容器的ADC通常被用于此類設(shè)計(jì)中。ADC使用一個(gè)無(wú)緩沖前端，直接耦合至采樣網(wǎng)絡(luò)。為了有效地最小化噪聲和信號(hào)失真，需使用一款高速、低噪聲和低失真的運(yùn)算放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)該ADC。為了使失真最小化，將運(yùn)算放大器輸出在ADC采集時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)到理想的精度是非常重要的。通常，運(yùn)算放大器建立時(shí)間是根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的頻率響應(yīng)時(shí)間計(jì)算得出的，也可以通過(guò)具有精度限制功能的示波器對(duì)輸出進(jìn)行測(cè)量得出，有時(shí)需要將運(yùn)算放大器的輸入與輸出差值放大來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的精度。但這些方法均受示波器精度以及電路寄生的限制。此外，運(yùn)算放大器的建立時(shí)間還受由示波器探針導(dǎo)入的寄生電容和電感的影響。第二種方法是將運(yùn)算放大器的輸入輸出差值放大來(lái)提高測(cè)量的精度。以上這些方法均未考慮 ADC 采樣電路和采樣數(shù)據(jù)包中的寄生電容和電感。

　　建立時(shí)間的定義

　　建立時(shí)間是指從理想的瞬時(shí)步進(jìn)應(yīng)用輸入到閉環(huán)放大器的輸出達(dá)到并保持在一個(gè)規(guī)定的對(duì)稱性誤差范圍的時(shí)間。建立時(shí)間包括一個(gè)非常短暫的傳播延遲時(shí)間，以及將輸出轉(zhuǎn)換至最終值近似值所需的時(shí)間，然后結(jié)合轉(zhuǎn)換從過(guò)載條件下恢復(fù)，最后穩(wěn)定在規(guī)定誤差范圍內(nèi)。對(duì)于高精度ADC來(lái)說(shuō)，規(guī)定的誤差范圍通常為一個(gè)最低位(LSB)ADC的四分之一。

　　基本設(shè)置

　　此處使用的 ADC 是 TI 推出的 ADS8411，該器件是一款 16 位 2-MSPS 的逐次逼近寄存器 (SAR) ADC。驅(qū)動(dòng)器運(yùn)算放大器為 TI THS4031。圖 1 顯示了評(píng)估設(shè)置。

　　圖 1 建立時(shí)間評(píng)估設(shè)置

　　利用一個(gè)模擬多路器 (MUX)(型號(hào)為 TI TS5A3159)，通過(guò)開(kāi)關(guān)其 2 個(gè)通道來(lái)產(chǎn)生瞬時(shí)步進(jìn)輸入。直流電壓 V 連接到通道 2，通道 1 連接至接地;該設(shè)置可以產(chǎn)生一個(gè)步進(jìn)輸入，從零電壓升至有電壓，或從有電壓降至零電壓。此外，可以通過(guò)步進(jìn)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生步進(jìn)輸入。步進(jìn)發(fā)生器的建立時(shí)間速度要比運(yùn)算放大器的建立時(shí)間快許多。