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单片机开发:关于AD转换设计中的基本问题整理

活动时间:2019-10-09


单片机开发鼎盛合科技分享关于单片机开发中的一些问题及答案整理,帮助了解数据转换器错误及参数,AD转换设计中的基本问题


1.如何选择高速模数转换之前的信号调理器件;如何解决多路模数转换的同步问题?


 ADC之前的信号调理,根本的原则就是信号调理引起的噪声和误差要在ADC的1个LSB之内。根据这个目的,可以需要选择指标合适的运放。至于多路ADC同步的问题,一般在高速ADC的数据手册中都会有一章来介绍多片同步问题,你可以看一下里面的介绍。 

2.在挑选ADC时如何确定内部噪声这个参数? 
一般ADC都有信噪比SNR或者信纳比SINAD这个参数,SINAD=6.02*有效位数+1.76,您可以根据这个公式来确定您选择的ADC能否符合您的要求.

3.如何对流水线结构ADC进行校准?需要校准哪些参数?
一般来讲,ADC的offset和gain error会比较容易校准。只要外接0V和full scale进行采样,然后得到校准系数。另外,如果需要作温度补偿的话,一般需要加一个温度传感器,然后利用查表的方式来补偿。

4.对ADC和DAC周围的布线有哪些建议?
ADC和DAC属于模拟数字混合型器件,在布局布线时zui重要的是要注意地分割,即模拟地和数字地的处理问题。对于高采样率的器件,建议使用一块地。而低采样率的器件,建议模拟数字地分开,zui后在芯片下方连接在一起。其他的布局布线规范与其他器件的是一样的。对于具体的器件,一般会有评估板的Layout图可供参考。

5.模数转换器的精度与噪声系数之间有什么必然的联系吗?
低速模数转换器的精度用峰峰值分辨率,有效值分辨率来表示。在ADI一些Sigma-delta ADC的芯片资料里都会列出不同情况下的有效值分辨率指标。高速模数转换器的精度可用SNR,SNOB来表示,这些指标也可在资料中找到。但一般ADC的指标中不会有噪声系数(NF)的指标。 

6.如果采用了外部模拟切换开关,那么这个开关总是存在一些电阻的,必然引起一些误差,那么我想问一下有没有什么办法能减少这些误差,分别描述一下用硬件的方法与用软件的方法?
你可以选择电阻很小的开关比如ADG14**系列。如果是开关是做通道切换的,在后级加一个运放跟随就可以了。如果是做量程切换,只能选择电阻很小的开关,同时注意开关的平坦度和温度漂移参数,如果系统精度要求很高,那就只能做软件校正或者选择可编程放大器如AD8250/1/3等。

7.将AD7710的输入端与自身的地短接后,再读取数据时,其AD转换值跳动比较大,通过说明当中的几种校准方式,都没有解决?频率已经在25Hz上了。不知如何解决? 
请确认电源和基准的稳定性,在频率为25Hz,增益为1的条件下,看数据手测上Table II可知其有效值分辨率为21.5bit,那么其实际的峰峰值分辨率为21.5-2.7=18.8bit,也就是说如果有5bit码在跳就是正常的。 

8.请问ADC的输入和传感器相连,如何将传感器输出信号本身的干扰排除? 
如果传感器输出是共模干扰,需要加仪表运放如AD8221/0等滤除。如果是差模干扰,加滤波器就可以滤除。

9.我要设计一个16路的数据采集系统,每路的采样率为100K,16BIT,请问一下,我要采用什么样的AD芯片,另外,AD转换器的输入通道比较少,要选择什么样的外部多路模拟切换开关?另,对模拟切换开关的选择有什么要求,要关注哪些参数。 
我们没有16bit和16通道的ADC,您可以选择用两片AD7689,16bit 8通道。或者选择16:1的ADG1206.要注意导通电阻,注入电荷,导通时间等。 

10.一个12位的高速模数转换器能不能降低以及如何降低到8位来使用,因我们的系统精度只需要8位,高了反而有害。 
你在读取数据的时候,只需要读8bit即可。
 
11.有一些ADC集成有抗混叠滤波器,请问有什么好处? 
一般抗混叠滤波器指的是ADC前端的滤波器,而sigma-delta ADC内部会集成一些陷波器,来实现工频50Hz和60Hz陷波,总的好处就是ADC有更好的抗噪声性能。
 
12.请问怎样才能降低相邻通道相互间的干扰?
在布局布线时可以考虑在相邻通道间加地屏蔽。 

13.想设计高精度校准仪表,如直流电压输出(毫伏级),能不能推荐几款芯片?请问怎样消除伴随的量化噪声?如何保证ADC的精度,AD转换的满量程即是电源电压,对于单电源供电,零点的确定和量程都与电源电压有关,如果电源电压波动势必导致转换的误差,电路中如何解决,特别对小信号的采集.请问什么是DAC的输出静态误差?怎样提高数模转换器中电阻或者电流源单元的匹配程度?在给ADC供电时,数字地与模拟地之间是否需要串接小电感? 

1)ADI的运放,仪放产品种类很多,zui好把详细的指标要求列出来,这样比较容易找。
2)ADC的量化噪声是固有的,没办法消除。
3)ADC的电源对测量精度有直接的影响。所以要选择高精度低噪声的电源信号,且在布线的时候也要注意避免干扰。
4)一般手册里会分别给出zero error,gain error等等,不知道具体问的是哪一个,或者可以举一个具体型号的例子。
5)这应该是DAC内部结构的问题,一般来讲,我们不关心内部电阻或电流源的绝对值,只关心它们之间的比例,现在的工艺可以很好地保证这个。
6)一般来讲,用0欧姆电阻连接就可以了。

14.ADC的内部增益越大,其产生的噪声也越大,专家能说说两者之间的原理是什么? 
ADC内部的PGA增益越大,本身PGA的噪声会增加,另外ADC输入噪声被放大的越多。所以ADC内部增益越大,分辨率越小。 

15.电源纹波对转换精度的影响 ?
如果ADC有PSRR这个指标,可以使用这个指标去算电源纹波对ADC的影响。如果没有,一般基准源都有这个指标,你可以使用基准源的PSRR去算对ADC采样的影响。
16.数据转换器在布线长度、通信串扰和匹配电阻等方面是如何设计的? 
高速ADC会考虑这些问题。尤其对于LVDS接口的ADC,尽量保证一对信号的布线等长等距,放置端接电阻。这方面的布局布线zui好是参考评估板来做。
 
17.ADI产品高速数模转换zui大速度能达到多少?采样频率大了是不是稳定性会下降? 
我们的DAC的zui大速度能达到2.5GHZ,它是AD9739电流输出型的,这不会影响到稳定性。 

18.ADC的标称的位数很高,但是实际中末尾的几位会被内部噪声而淹没,我在挑选ADC时如何确定内部噪声这个参数? 
对于高精度的ADC,一般来讲都会给出一个有效分辨率的参数,也就是器件可以达到不跳码的位数。另外在设计中还有考虑电源,参考电压的噪声,以及ADC前端调理电路引入的噪声。需要把这些噪声控制在ADC的1个LSB之内。 

19.评估ADC的时候,因为评估SNR,比较困难,所以我一般会考虑评估在接地时候的跳码程度来比较两种同类ADC的差异,这种评估方法科学吗?有没有更科学的方法?有没有具体的文档? 
实际上对于高速ADC来说,应该是加一个高精度的基准信号,而后用ADC采样,再做FFT分析来评估SNR。而对于高精度的ADC来说才是您用的办法,可以参考我们的应用笔记AN-835。 

20.如何理解压摆率这个指标?为什么要对电压变化率做限制? 

举个简单的例子,如果压摆率不够,那么就是实际的输出跟不上输入信号的变化,这样对信号的处理就会有失真。 


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