精確測(cè)量ADC驅(qū)動(dòng)電路建立時(shí)間(07-100)

　　說(shuō)明

　　步驟 1

　　ADC 首先對(duì)通道 1(連接至接地)進(jìn)行采樣。需要有一個(gè)較長(zhǎng)的采樣時(shí)間以確保 ADC 的輸入電容被完全放電。

　　步驟 2

　　如圖 2 所示，在瞬時(shí) A 時(shí)，將模擬 MUX 從通道 1 切換到通道 2。該圖顯示了將 MUX 從通道 1 切換到通道 2 時(shí) S 點(diǎn)(圖 1)的電壓。MUX 的建立時(shí)間用 ts 標(biāo)識(shí)出來(lái)。假設(shè) ts 比運(yùn)算放大器的建立時(shí)間要短。

　　圖 2 MUX 通道變化的建立時(shí)間

　　步驟3

　　一旦在瞬時(shí) A 點(diǎn)開(kāi)啟模擬 MUX，運(yùn)算放大器的輸入就會(huì)立即開(kāi)始發(fā)生變化。在瞬時(shí) A 點(diǎn)之后，經(jīng)過(guò)一個(gè)非常短暫的傳播延遲，運(yùn)算放大器的輸出開(kāi)始變化。通過(guò)轉(zhuǎn)換率和產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中規(guī)定的帶寬可以大概計(jì)算出運(yùn)算放大器建立時(shí)間 (tideal)。本文提出的方法描繪了運(yùn)算放大器在瞬時(shí) A 點(diǎn)到瞬時(shí) B 點(diǎn)時(shí)的輸出(如圖 3)。瞬時(shí) B 點(diǎn)和瞬時(shí) A 點(diǎn)之間的差為 2tideal。

　　圖 3 對(duì) A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的 N 個(gè)采樣求平均值，提高精確度

　　步驟 4

　　第一個(gè) ADC 采樣點(diǎn)是在瞬時(shí) B 點(diǎn)，并記錄下該點(diǎn) n 個(gè)讀數(shù)值(ADC 的數(shù)字輸出)。求出這些數(shù)值的平均值，使其更為精確(稍后進(jìn)行討論)。借助圖形發(fā)生器和可調(diào)時(shí)延發(fā)生器(見(jiàn)圖 1)，向左移 1 個(gè)毫微秒單位，得出下一個(gè)采樣點(diǎn)(見(jiàn)圖 3)，再記錄下該點(diǎn)的 n 個(gè)數(shù)值。按照此法，采樣點(diǎn)每次以 1 個(gè)毫微秒單位從瞬時(shí) B 點(diǎn)逐步移向瞬時(shí) A 點(diǎn)，并以陣列的方式存儲(chǔ)每個(gè)采樣點(diǎn)平均值。該陣列是按照逆時(shí)間順序繪制出來(lái)的，從而得出運(yùn)算放大器輸出建立時(shí)間的實(shí)圖(如圖 3 所示)。

　　求平均值，以獲得更高精度

　　N 位 ADC 的輸入應(yīng)該最少設(shè)定為 n+2 位，但測(cè)量出的輸出在 ADC 上顯示為 n 位數(shù)字代碼。通過(guò)重復(fù)采樣同一個(gè)輸入和采用多個(gè) (n) ADC 讀數(shù)值，可以提高精度。最后求出 n 個(gè)輸出數(shù)字代碼的平均值。這表明精度每增加一位，讀數(shù)值數(shù)量則為 4 個(gè)，因此精度增加了 w 位，則需要 4w 個(gè)讀數(shù)值。

　　每增加一位，信噪比 (SNR) 就會(huì)增加 6. 02 dB。因此，16 位 ADC 就應(yīng)該至少設(shè)定為 18 位精度。

　　SNR=6.02×N+1.76

　　其中，N 為 ADC 精度。對(duì)于 18 位精度 ADC 而言， SNR 的值為 110.08 dB，因此所需的更多精度位數(shù) (w) 為：