ADC，也即數模轉換轉換器。對于A(yíng)DC，小編在往期文章中有所介紹，如管道ADC的優(yōu)缺點(diǎn)、流水線(xiàn)ADC結構分析等。為增進(jìn)大家對ADC的認識，本文將對ADC外圍電路設計方法予以介紹。如果你對ADC，抑或是對本文即將闡述的內容具有興趣，不妨繼續往下閱讀哦。
在使用ADC芯片時(shí)，由于A(yíng)DC的型號多樣化，其性能各有局限性，所以為了使ADC能夠適應現場(chǎng)需要以及滿(mǎn)足后繼電路的要求，必需對ADC的外圍電路進(jìn)行設計。ADC外圍電路的設計通常包括模擬電路、數字電路和電源電路的設計。
一、模擬電路設計
1.1前置放大器電路的設計
市場(chǎng)上除了少數的ADC本身帶有放大電路外，多數ADC都不具備此結構，而一般模/數轉換系統的模擬輸入信號是比較小的，因此通常需要使用模擬放大器，來(lái)提升輸入電壓。模擬放大器一般選用集成運算放大器、儀表放大器或隔離放大器等。使用模擬放大器時(shí)要著(zhù)重考慮放大器的帶寬和精度，當選擇運算放大器時(shí)，其帶寬和精度都應當優(yōu)于所選擇的ADC。
模擬放大器不僅能放大模擬輸入信號，而且還具有阻抗變化的作用。對于輸入電阻比較小的ADC，而信號源的內阻又比較大時(shí)，需要選用高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器，有時(shí)也可以加接電壓跟隨器，以提高輸入阻抗，從而達到匹配的目的。
1.2采樣保持電路的設計
采樣保持電路可以使ADC轉換器在轉換期間保持電壓不變，因此對于沒(méi)有采樣保持電路的ADC，必需在模擬輸入之前加接采樣保持電路。在選用采樣保持器時(shí)，要注重捕獲時(shí)間和頂級率的選擇，因為它們直接關(guān)系到模/數轉換系統的整體性能。捕獲時(shí)間實(shí)質(zhì)就是采樣保持器的采樣階段所需的時(shí)間，它要與ADC的轉換時(shí)間合理配合，過(guò)大則影響ADC的轉換速率，過(guò)小則容易產(chǎn)生功能混亂或數據丟失等現象。
在A(yíng)DC進(jìn)行轉換的過(guò)程中，采樣保持電路進(jìn)入保持階段。通常采樣保持電路是靠電容來(lái)進(jìn)行電壓保持的，由于電容和采樣開(kāi)關(guān)中漏電流以及保持電路中偏置電流的影響，使保持的模擬電壓隨時(shí)間的延續而有所下降（或上升），其下降的速率就是采樣保持電路的頂級率。頂級率過(guò)大就會(huì )影響轉換精度。頂級率和捕獲時(shí)間不但與采樣保持電路有關(guān)，而且還與外接的保持電容有關(guān)，增大電容時(shí)，可以減小頂級率，但捕獲時(shí)間將增大，因此需要全面考慮。對于模擬輸入電壓變化緩慢的系統，可以不使用采樣保持電路，一般模擬輸入電壓變化不超過(guò)1/2LSB時(shí)，就可不用。
1.3多路開(kāi)關(guān)的設計
多路開(kāi)關(guān)也是ADC的主要外圍設備之一。設計時(shí)需要注意以下問(wèn)題：實(shí)際中，部分ADC的輸入電阻較小，而模擬多路開(kāi)關(guān)并不是理想開(kāi)關(guān)，其導通電阻較大，因此ADC與模擬多路開(kāi)關(guān)之間的阻抗并不匹配，這將影響整個(gè)系統的運行精度，因此不容忽視，這時(shí)可在多路開(kāi)關(guān)與ADC之間加接高輸入阻抗的電壓跟隨器;此外模擬多路開(kāi)關(guān)存在漏電流，而且各路開(kāi)關(guān)是并聯(lián)的，當開(kāi)關(guān)的路數較多時(shí)，漏電流就不能忽視，這時(shí)可采用分級模擬開(kāi)關(guān)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題;在多通道的數據采集系統中，當通道切換時(shí)，模擬電壓將產(chǎn)生階躍變化，這時(shí)應等階躍變化穩定后，再讓采樣保持電路進(jìn)入采樣階段;具有分級流水結構的ADC和∑-△型的ADC，其輸出的數據是滯后的，因此需要全面考慮轉換器外圍電路所需的穩定時(shí)間以及ADC對多路開(kāi)關(guān)的階躍變化所需的響應時(shí)間等。
二、數字外圍電路的設計
ADC的輸出是數字電路，它與后繼電路相連接所需要的數據線(xiàn)可以分為并行接口和串行接口兩種型式。
2.1并行接口電路的設計
絕大多數ADC的數據輸出都具備并行接口，可以很方便地與下級電路（微處理器等）的數據總線(xiàn)相連接，數據傳送速度快。ADC的數據總線(xiàn)常用的有8位和16位，但一般10～16位的ADC既能與16位的接口方式與16位的微控制器直接相連，又能以8位接口方式與8位微控制器相連。并行接口除了并行的數據線(xiàn)外，還需要許多控制信號線(xiàn)和狀態(tài)信號線(xiàn)，如啟動(dòng)轉換信號線(xiàn)、讀/寫(xiě)信號線(xiàn)、片選信號線(xiàn)等。由于各種ADC的芯片各不相同，所以在設計時(shí)，必須弄清具體型號的各信號定義、時(shí)序以及使用微控制器的總線(xiàn)時(shí)序，從而才能設計出滿(mǎn)足時(shí)序要求的接口電路。
2.2串行接口電路的設計
串行接口只需要1根雙向數據線(xiàn)、或者2條傳輸方向相反的數據線(xiàn)和少量的控制線(xiàn)。這樣能大大地減少芯片的引腳數目，進(jìn)而簡(jiǎn)化了整機的布線(xiàn)。實(shí)際中多數微型控制器都有串行接口，這樣給串行數據輸出的ADC使用提供了便利的條件，不過(guò)這種傳輸方式速度慢、效率低，但隨著(zhù)芯片工作頻率的提高，串行傳輸速率也得到了改善。常見(jiàn)的串行接口有通用異步接收/發(fā)送器、串行外圍接口和I2C總線(xiàn)等，設計時(shí)應根據具體情況采取相應的方式。 |
