如何进行ADC的外围电路设计

    ADC   ,也即数模转换转换器。对于ADC,小编在往期文章中有所介绍,如管道ADC的优缺点、流水线ADC结构分析等。为增进大家对ADC的认识,本文将对ADC外围     电路   设计方法予以介绍。如果你对ADC,抑或是对本文即将阐述的内容具有兴趣,不妨继续往下阅读哦。

在使用ADC芯片时,由于ADC的型号多样化,其性能各有局限性,所以为了使ADC能够适应现场需要以及满足后继电路的要求,必需对ADC的外围电路进行设计。ADC外围电路的设计通常包括     模拟电路       数字电路   和电源电路的设计。

一、模拟电路设计

1.1前置     放大器   电路的设计

市场上除了少数的ADC本身带有放大电路外,多数ADC都不具备此结构,而一般模/数转换系统的模拟输入信号是比较小的,因此通常需要使用模拟放大器,来提升输入电压。模拟放大器一般选用集成     运算放大器       仪表放大器       隔离放大器   等。使用模拟放大器时要着重考虑放大器的带宽和精度,当选择运算放大器时,其带宽和精度都应当优于所选择的ADC。

模拟放大器不仅能放大模拟输入信号,而且还具有     阻抗   变化的作用。对于输入     电阻   比较小的ADC,而信号源的内阻又比较大时,需要选用高输入阻抗、低输出阻抗的放大器,有时也可以加接电压跟随器,以提高输入阻抗,从而达到匹配的目的。

 如何进行ADC的外围电路设计_设计制作_处理器/DSP

1.2采样保持电路的设计

采样保持电路可以使ADC转换器在转换期间保持电压不变,因此对于没有采样保持电路的ADC,必需在模拟输入之前加接采样保持电路。在选用采样保持器时,要注重捕获时间和顶级率的选择,因为它们直接关系到模/数转换系统的整体性能。捕获时间实质就是采样保持器的采样阶段所需的时间,它要与ADC的转换时间合理配合,过大则影响ADC的转换速率,过小则容易产生功能混乱或数据丢失等现象。

在ADC进行转换的过程中,采样保持电路进入保持阶段。通常采样保持电路是靠     电容   来进行电压保持的,由于电容和采样开关中漏     电流   以及保持电路中偏置电流的影响,使保持的模拟电压随时间的延续而有所下降(或上升),其下降的速率就是采样保持电路的顶级率。顶级率过大就会影响转换精度。顶级率和捕获时间不但与采样保持电路有关,而且还与外接的保持电容有关,增大电容时,可以减小顶级率,但捕获时间将增大,因此需要全面考虑。对于模拟输入电压变化缓慢的系统,可以不使用采样保持电路,一般模拟输入电压变化不超过1/2LSB时,就可不用。

1.3多路开关的设计

多路     开关   也是ADC的主要外围设备之一。设计时需要注意以下问题:实际中,部分ADC的输入电阻较小,而模拟多路开关并不是理想开关,其导通电阻较大,因此ADC与模拟多路开关之间的阻抗并不匹配,这将影响整个系统的运行精度,因此不容忽视,这时可在多路开关与ADC之间加接高输入阻抗的电压跟随器;此外模拟多路开关存在漏电流,而且各路开关是并联的,当开关的路数较多时,漏电流就不能忽视,这时可采用分级模拟开关来解决这个问题;在多通道的     数据采集   系统中,当通道切换时,模拟电压将产生阶跃变化,这时应等阶跃变化稳定后,再让采样保持电路进入采样阶段;具有分级流水结构的ADC和∑-△型的ADC,其输出的数据是滞后的,因此需要全面考虑转换器外围电路所需的稳定时间以及ADC对多路开关的阶跃变化所需的响应时间等。

二、数字外围电路的设计

ADC的输出是数字电路,它与后继电路相连接所需要的数据线可以分为并行     接口   和串行接口两种型式。

2.1并行接口电路的设计

绝大多数ADC的数据输出都具备并行接口,可以很方便地与下级电路(微处理器等)的数据总线相连接,数据传送速度快。ADC的数据总线常用的有8位和16位,但一般10~16位的ADC既能与16位的接口方式与16位的微控制器直接相连,又能以8位接口方式与8位微控制器相连。并行接口除了并行的数据线外,还需要许多控制信号线和状态信号线,如启动转换信号线、读/写信号线、片选信号线等。由于各种ADC的芯片各不相同,所以在设计时,必须弄清具体型号的各信号定义、时序以及使用微控制器的总线时序,从而才能设计出满足时序要求的接口电路。

2.2串行接口电路的设计

串行接口只需要1根双向数据线、或者2条传输方向相反的数据线和少量的控制线。这样能大大地减少芯片的引脚数目,进而简化了整机的布线。实际中多数微型控制器都有串行接口,这样给串行数据输出的ADC使用提供了便利的条件,不过这种传输方式速度慢、效率低,但随着芯片工作频率的提高,串行传输速率也得到了改善。常见的串行接口有通用异步接收/发送器、串行外围接口和     I2C   总线等,设计时应根据具体情况采取相应的方式。

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