ZHCAFB7 February   2025 TMS320F280049C , TMS320F280049C-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3. 1逐次逼近型 SAR ADC基本原理
  4. 2ADC串扰产生的原因
  5. 3ADC采样保持时间的计算
  6. 4ADC外围电路参数设计及实验
    1. 4.1 设计基于运放的RC滤波电路:
    2. 4.2 对于无运放的电路,设计容量足够大的 Cs 电容
  7. 5总结
  8. 6参考资料

对于无运放的电路,设计容量足够大的 Cs 电容

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:

方程式 5. C s = 2 N + 1 * C H

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:

 常见的电阻分压电路及其等效电路 图 4-3 常见的电阻分压电路及其等效电路

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:

方程式 6. R s =(R1+R2)/R1*R2+R3=10Kohm

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。