模擬工程師必知必會:帶你全方位學習模數轉換器三

　　圖2:折合到輸入端噪聲對ADC"接地輸入端"直方圖的影響(ADC具有少量DNL)

　　雖然ADC固有的微分非線性(DNL)可能會導致其噪聲分布與理想的高斯分布有細微的偏差(圖2示例中顯示了部分DNL)，但它至少大致呈高斯分布。如果DNL比較大，則應計算多個不同直流輸入電壓的值，然后求平均值。例如，如果代碼分布具有較大且獨特的峰值和谷值，則表明ADC設計不佳，或者更有可能的是PCB布局布線錯誤、接地不良、電源去耦不當(見圖3)。當直流輸入掃過ADC輸入電壓范圍時，如果分布寬度急劇變化，這也表明存在問題。

ADC輸入轉換器電路分析

　　許多高精度模/數轉換器的輸入范圍要求介于0.0V至5.0V之間。例如，MAX1402 (18位多通道Σ-Δ ADC)測量兩個輸入之間的差值。典型的單端應用中，該ADC將輸入電壓與固定的基準電壓(例如2.500V)進行比較：ADCIN = 0V時，數字輸出代表0V – 2.5V = -2.5V;ADCIN = 2.5V時，輸出代表2.5V – 2.5V = 0V;而ADCIN = 5V時，輸出則表示為5V – 2.5V = 2.5V。由此，數字輸出范圍對應于0V至5V的ADCIN為±2.5V。

　　圖1電路能夠將±10.5V輸入信號轉換到MAX1402 ADC的輸入量程(0V至5V)。ADC的兩個通道(本案中的IN1和IN2)配置為全差分或高精度單端測量。R1、R2電阻分壓器對輸入進行變換，同時采用3.28V為輸入提供偏壓。當輸入接地時，ADC輸入以2.5V為中心(VIN = 0V時，ADC數字輸出為0)。元件的精度保證了ADC的16位精度。

　　圖1. 本電路使輸入范圍為0V至5V (單端或差分)的ADC能夠處理±10.5V的輸入范圍。

　　配置MAX1402為差分測量方式，可測量IN1和IN2之間的電壓差。這些輸入可接受±10.5V輸入電壓，而內部可編程增益放大器(PGA)用于提高小信號分辨率。例如，4倍增益可使ADC測量±2.625V輸入信號時達到16位分辨率。

　　單端測量可以將輸入配置為兩個獨立通道，并將其與IN6的2.50V基準電壓進行比較。如需更高精度，可以將ADC配置為差分輸入，其中一個通道作為地電位檢測輸入。

　　可以改變電阻分壓器比例以適應不同的輸入范圍，但需要采用相同比例為電路提供偏壓。例如，5:1的比例對應±15.0V的輸入范圍和3.00V偏壓。校準系統時，只需將輸入接地，并把輸入接到已知電壓，然后記錄輸出值即可。可以采用這兩個值計算每個輸入范圍的偏壓和增益系數。

　　ADC輸入阻抗信號鏈設計總結

　　了解轉換器阻抗是信號鏈設計的一個重要內容。總之，若非真正需要，為什么要浪費大筆資金去購買昂貴的測試設備，或者費力去測量阻抗?不如使用數據手冊提供的RC并聯組合阻抗并稍加簡單計算，這種獲取轉換器阻抗曲線的方法更快捷、更輕松。

　　還應注意，工藝電阻容差可高達±20%。即使費盡辛苦去測量任何器件的輸入或輸出阻抗，也只能獲取一個數據點(當然，除非測量多個批次的許多器件隨溫度和電源電壓變化的情況)。請使用數據手冊中的仿真R||C值，它提供了關于特征阻抗與頻率關系的足夠信息，由此可以設計出正常工作的信號鏈。