精確測量ADC驅(qū)動電路建立時間(07-100)

　　說明

　　步驟 1

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

　　步驟 2

　　如圖 2 所示，在瞬時 A 時，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 S 點(diǎn)(圖 1)的電壓。MUX 的建立時間用 ts 標(biāo)識出來。假設(shè) ts 比運(yùn)算放大器的建立時間要短。

　　圖 2 MUX 通道變化的建立時間

　　步驟3

　　一旦在瞬時 A 點(diǎn)開啟模擬 MUX，運(yùn)算放大器的輸入就會立即開始發(fā)生變化。在瞬時 A 點(diǎn)之后，經(jīng)過一個非常短暫的傳播延遲，運(yùn)算放大器的輸出開始變化。通過轉(zhuǎn)換率和產(chǎn)品說明書中規(guī)定的帶寬可以大概計算出運(yùn)算放大器建立時間 (tideal)。本文提出的方法描繪了運(yùn)算放大器在瞬時 A 點(diǎn)到瞬時 B 點(diǎn)時的輸出(如圖 3)。瞬時 B 點(diǎn)和瞬時 A 點(diǎn)之間的差為 2tideal。

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

　　步驟 4

　　第一個 ADC 采樣點(diǎn)是在瞬時 B 點(diǎn)，并記錄下該點(diǎn) n 個讀數(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)時延發(fā)生器(見圖 1)，向左移 1 個毫微秒單位，得出下一個采樣點(diǎn)(見圖 3)，再記錄下該點(diǎn)的 n 個數(shù)值。按照此法，采樣點(diǎn)每次以 1 個毫微秒單位從瞬時 B 點(diǎn)逐步移向瞬時 A 點(diǎn)，并以陣列的方式存儲每個采樣點(diǎn)平均值。該陣列是按照逆時間順序繪制出來的，從而得出運(yùn)算放大器輸出建立時間的實(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，但測量出的輸出在 ADC 上顯示為 n 位數(shù)字代碼。通過重復(fù)采樣同一個輸入和采用多個 (n) ADC 讀數(shù)值，可以提高精度。最后求出 n 個輸出數(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，因此精度增加了 w 位，則需要 4w 個讀數(shù)值。

　　每增加一位，信噪比 (SNR) 就會增加 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：