ZHCUAA3D January 2017 – June 2022
使用 F280049C 片上 ADC 時,應遵循一些有用的指導原則,以實現數據表中列出的性能指標。對于交流參數尤其如此,例如:SNR、THD 和 SINAD。此外,可以看出,ADC 結果的 SNR 和直流輸入下的 ADC 代碼范圍之間存在直接關聯;如此,這些技巧還可以改進直流輸入的范圍和標準偏差。最后,雖然所討論的主題與controlCARD (控制卡)相關,但也適用于其他使用 F280049C MCU 的方案。
板載電阻器和電容器:默認情況下(圖 4-4)ADC 引腳的所有內聯電阻器都是簡單的 0Ω 分流電阻器,所有連接至接地平面的電容器均未組裝。雖然此電路可用于為 ADC 輸入提供電壓,但需要根據電壓源的特性組裝電阻器 (R) 和電容器 (C) 。請參考 ADC 輸入模型,ADC 輸入有自己的 RC 網絡,由內部采樣保持電容器、開關電阻和寄生電容組成。通過改變直列式電阻和并聯電容,可以優化輸入電路,從而協助穩定時間和/或對輸入信號濾波。最后,一般建議使用 ±0 PPM/°C (NP0/C0G) 電容器,因為這種電容器在整個溫度和輸入頻率方面的穩定性比其他類型的電容器更好。
圖 4-4 顯示默認 R 和 C 值的部分原理圖電壓源和驅動電路:雖然片上 ADC 為 12 位架構(將模擬信號轉換為數字域有 4096 種不同的輸出代碼),但轉換僅與向 ADC 提供的輸入一樣精確。定義電壓源分辨率以實現 ADC 的所有規格,的典型經驗法則是,電壓源精度比轉換器的高 1 位。在這種情況下即表示,理想情況下模擬輸入應精確到 13 位。
通常電壓源或穩壓器的設計并不精確,而是在一定容差內適應大范圍電流負載,因此展示較高位 ADC(例如 F280049C 上的 ADC)的性能并不理想。這還未考慮到有問題的電源多次提供主電壓為 MCU 本身供電的情況,這也會在信號中引入噪聲和其他干擾。
除了輸入信號的質量,ADC 在對輸入進行采樣時,還要考慮負載方面的影響。理想情況下 ADC 的輸入阻抗為零,這樣在發生采樣事件時并不影響內部 R/C 網絡。但在許多應用中,ADC 采樣的電壓是從一系列電阻器網絡中得出的,通常阻值很大,以降低系統的運行電流消耗。將 ADC 采樣網絡與源阻抗隔離的解決方案是在信號路徑中放置運算放大器。這樣不僅可以將信號的阻抗與 ADC 隔離,還可屏蔽源本身,使其免受采樣網絡可能對系統造成的任何影響。
用于評估的推薦源:TI 的精密信號注入器 (PSI) EVM 用于驗證 F280049C controlCARD (控制卡)上的 ADC 性能。此 EVM 使用 16 位 DAC 作為信號源,支持單端和差分端輸出,然后利用后置放大器濾波通過高精度運算放大器傳遞。此 EVM 通過來自主機 PC 的標準 USB 連接進行供電和控制,并包括用于控制其輸出的 GUI。輸出通過單或雙 SMA 型連接器路由;強烈建議在controlCARD (控制卡)集線站上放置另一 SMA 母連接器 (圖 4-5),這樣在通過 SMA 接收信號時可實現最佳抗噪性能。本地 RC 網絡使用 30Ω 電阻器和 300pF 電容器。使用此設置所觀察到的 ADC 參數與數據表中的數字一致。
圖 4-5 SMA 母連接器