使用一款简单的解决方案吸收电流峰值和噪声

liyf

当您在系统中使用一个 8 到 14 位模数转换器 (ADC) 时，理解转换器的电压参考通路至关重要。图 1 所示为一款可适应 ADC 参考输入动态的电路。图中，电压参考芯片为转换过程和电容器 CL1提供电压基底 (voltage-foundation)，旨在吸收 ADC 的内部参考电路 [REF 1] 电流峰值和滤波器参考噪声。本电路中，不仅仅降低电压参考噪声很重要，对内部电压参考放大器稳定性进行平衡也很重要。



图 1 在参考和 ADC 之间安装有低通滤波器的
8 到 14 位模数转换器的串联电压参考电路

利用该电路解决噪声问题时，ADC 传输函数（方程式 1）表明了电压参考噪声的作用。
  (方程式 1)

公式中，VIN为 ADC 的输入电压，N 为 ADC 位数，而 VREF为 ADC 的参考电压。VREF变量包括所有与参考芯片相关的误差，例如：精确度、温度变化、噪声等。任何情况下，参考误差都会成为 ADC 系统增益误差的一部分。

您可以利用系统处理器或控制器，对这些误差中的大多数进行校准。如果您正从 ADC 负满量程到正满量程对数个点进行测量，则您会在这些误差中看到增益误差，其与转换器的输入电压有关。您无法利用处理器或控制器进行校准的误差是噪声。图 2 中，您会看到，转换器输出端的参考噪声随模拟输入电压不断增加。



图 2 电压参考和 ADC 噪声对转换器输出码的影响

大多数电压参考数据表都有一个 0.1 到 10Hz 频率范围的输出电压噪声规范。一些厂商提供了电压参考输出噪声密度规范。这种规范一般用于宽频带区域噪声，例如：10kHz 的噪声密度等。无论厂商如何规定其参考噪声，加装低通滤波器均可降低参考输出的总噪声。您可以利用一个电容器和电容器的等效串联电阻 (ESR) 来设计这种滤波器（参见图 1）。您也可以通过使用参考文献 2 中建议的相同技术方法来确保设计的稳定性。

图 1 显示了我们设想中配置了 8 到 14 位转换器的参考系统的完整电路图。该系统的电压参考精确度很重要；但是，您可以使用任何硬件或者软件来对初始误差进行校准。另一方面，吸收 ADC 参考引脚上电流峰值的同时消除或减少参考噪声，要求具备一定程度的特性描述和硬件滤波技巧。

下次，我们将研究和设计一款适合 16 位及以上转换器的电压参考电路。

参考文献：
1. 《提升混频信号电压参考》,作者：Baker, Bonnie
2. 《只需使用一个 100 电阻》,作者：Baker, Bonnie
3. 《第 2 部分：电压参考如何影响 ADC 性能》，作者：Oljaca, Baker,发表于 TI 2009 年第 3 季度刊的《模拟应用杂志》。