ZHCAFB7 February 2025 TMS320F280049C , TMS320F280049C-Q1
为了节省成本,有些输入信号变化没那么大的场合,特别是对一些直流电压的采样,往往省去了运放电路, Cs 电容需要设计足够大,才能确保采样有足够高的精度。
为了实现0.5LSB的调节误差,可以按照下面公式计算 Cs 电容大小:
即对于12位的ADC, Cs 是 CH 的 213 倍,即如果 CH 为7.5pF,则 Cs 至少要大于61nF。
此时电容 Cs 是足够大的,它本身的电荷量就足够给 CH 充放电,引起的电压波动也就是在0.5LSB误差范围之内,无需外部实时补充电荷,不管外部滤波 Rs 电阻多大,采样保持时间多长,都能满足单次采样精度的要求。
不过对于多次过采样或者采样频率特别高,Rs 的阻值过大,也会影响采样精度,因此,需要结合采样频率等综合考虑。
理论上,采样保持时间可以选择规格书要求的最小采样保持时间,但由于电路中存在一些寄生电感,也可能存在ADC内部电容电压震荡的情况,需要预留适当裕量增加采样保持时间。
实验验证:
常用的电阻分压电路如 图 4-3 左半图所示,根据戴维宁定理可算出其等效电阻为:
等效电路的 Rs 基本上由电阻分压电路确定了,阻值不能太小,否则会有较大的功耗和发热, Cs 是可以调节的参数,下面实验选择不同的 Cs 值,配置相同的AQCP值为59(约600ns的采样保持时间),得到以下采样值。
| ADC采样通道 | 输入电压 | Rs | Cs | 采样频率 | 实际采样值LSB | 理论的采样值LSB |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | 2.0V | 10K | 100nF | 10khz | 2480 | 2482 |
| A1 | 2.0V | 10K | 10nF | 10khz | 2479 | 2482 |
| A1 | 2.0V | 10K | 1nF | 10khz | 2462 | 2482 |
| A1 | 2.0V | 10K | 10pF | 10khz | 2417 | 2482 |
可以看到,电容较大的时候,有较为准确的采样值,而电容较小的时候,则误差很大,跟理论符合。
因此选择合适的电容 Cs ,对采样的精度影响很大,实际的 Cs 还需要结合截止频率,采样频率等综合考虑。
如果采样频率过高,也会影响采样精度,下面是相同的RC参数,不同的采样频率下得到的采样值。
| ADC采样通道 | 输入电压 | Rs | Cs | 采样频率 | 实际采样值LSB | 理论的采样值LSB |
|---|---|---|---|---|---|---|
| A1 | 2.0V | 10K | 10nF | 10khz | 2479 | 2482 |
| A1 | 2.0V | 10K | 10nF | 100khz | 2459 | 2482 |
| A1 | 2.0V | 10K | 10nF | 200khz | 2434 | 2482 |
从上图看到,采样频率越高,采样精度越差,因此对于要求截止频率和采样频率要求较高的场合,需要考虑用运放电路提高精度。