ZHCUAP6A April 2022 – January 2023
使用 F2800157 片上 ADC 时,应遵循一些有用的指导原则,以实现器件特定数据手册中列出的性能指标。对于交流参数尤其如此,例如:SNR、THD 和 SINAD。此外,ADC 的 SNR 结果与直流输入下的 ADC 代码扩展有直接关联;在这种情况下,这些提示也可以改善直流输入的极差和标准差。最后,虽然介绍的主题与 controlCARD 相关,但这些主题也适用于使用 F2800157 MCU 的其他实现。
板载电阻器和电容器:默认情况下,ADC 引脚的所有直列式电阻器都是简单的 0Ω 分流电阻器,且所有连接至接地平面的电容器均未组装。虽然此电路可用于为 ADC 输入提供某一电压,电阻器 (R) 和电容器 (C) 都有可能需要根据电压源的特性组装。请参考 ADC 输入模型,ADC 输入有自己的 RC 网络,该网络由内部采样保持电容器、开关电阻和寄生电容组成。通过改变直列式电阻和并联电容,可以优化输入电路,以协助稳定时间和/或对输入信号进行滤波。最后,一般建议是使用 ± 0PPM/°C (NP0/C0G) 电容器,因为这些电容器在整个温度和输入频率方面的稳定性比其他类型的电容器更好。
电压源和驱动电路:虽然片上 ADC 为 12 位架构(将模拟信号转换为数字域有 4096 种不同的输出代码),但转换精度仅与向 ADC 提供的输入的精度相同。在定义源分辨率以实现 ADC 的全部规格时,典型的经验法则是拥有一个比转换器的高 1 位的源。在这种情况下,这意味着理想情况下的模拟输入可精确到 13 位。
通常电压源或稳压器并未设计得非常精确,而是在特定容差内可适应大范围电流负载,因此要展示较高位 ADC(例如 F2800157 上的 ADC)的性能并不理想。此外,还忽略了多次使用有问题的电源提供主电压为 MCU 本身供电的情况,这也会在信号中引入噪声和其他干扰。
除了输入信号的质量,在 ADC 对输入进行采样时,还要考虑为 ADC 提供的负载这一方面。理想情况下 ADC 的输入阻抗为零,这样在发生采样事件时并不影响内部 R/C 网络。然而,在许多应用中,ADC 采样的电压是从一系列电阻器网络中得出的,通常阻值很大,以减少系统的有源电流消耗。将 ADC 采样网络与源阻抗隔离的解决方案是在信号路径中放置运算放大器。这样不仅可以将信号的阻抗与 ADC 隔离,还可屏蔽源本身,不受采样网络可能对系统造成的任何影响。
用于评估的推荐源:TI 的精密信号注入器 (PSI) EVM 可用于验证 F2800157 controlCARD 上的 ADC 性能。此 EVM 使用 16 位 DAC 作为信号源,支持单端和差分端输出,然后利用后置放大器滤波通过高精度运算放大器传递。此 EVM 通过来自主机 PC 的标准 USB 连接进行供电和控制,包括一个 GUI 来控制其输出。输出通过单或双 SMA 型连接器路由;强烈建议您在 controlCARD 扩展坞上放置另一 SMA 母连接器 (图 5-1),这样在通过 SMA 接收信号时可实现出色抗噪性能。本地 RC 网络使用 30Ω 电阻器和 300pF 电容器。使用此设置所观察到的 ADC 参数与器件特定数据表中的数字一致。