電壓參考對ADC/DAC混合信號部分的影響

您可能會(huì )把模數轉換器或者數模轉換器缺少輸出穩定性的原因歸咎于實(shí)際轉換器本身。畢竟，這類(lèi)器件都非常復雜。但是，請不要太早下結論，因為轉換器周?chē)碾娐坊蛟S才是真正的罪魁禍首。這種電路包括一個(gè)電壓參考，它對轉換器性能的改變要超出您的想象。

在您對轉換器的初始評估中，您可能還沒(méi)有看到電壓參考的副作用。在過(guò)去，我的ADC或DAC評估順序是先確定轉換器的數字接口狀態(tài)良好，然后檢查轉換器的輸出是否普遍代表輸入信號。之后，我再查看零輸入(轉換器噪聲)。在您測得ADC噪聲后，便可將輸入短路接地。利用DAC，您可以將數字輸入編程為模擬零輸出。

此類(lèi)噪聲測試花費了大量的時(shí)間來(lái)驗證和評估，但是我從來(lái)沒(méi)有想過(guò)使用滿(mǎn)量程輸入來(lái)檢查轉換器的噪聲。那個(gè)時(shí)候，對我來(lái)說(shuō)這樣做實(shí)際上似乎是多余的。唉，我真是錯失良機啊!

您會(huì )在哪里尋找ADC或DAC電壓參考誤差呢?回答這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在這些器件的傳輸函數里。圖1中，這些函數右手邊的分子為輸入信號次數2N(N為轉換器位數)，而分母為以伏特為單位的電壓參考慮級。2N和VREF值均為常量。電壓參考值的影響與其誤差一起隨輸入信號增加而增加。

圖1 DOUT=ADC輸出碼的十進(jìn)制表示，AIN=ADC輸入電壓，2N=ADC和DAC精度，VREF=伏特為單位的電壓參考，DIN=輸入數字碼的DAC十進(jìn)制表示。

對您的數據轉換器電壓參考進(jìn)行分析和評估的最佳方法是使用滿(mǎn)量程輸出信號。帶偏移誤差的電壓參考可產(chǎn)生ADC或DAC增益誤差。如果您的電壓參考存在噪聲，或者稍有不穩定，則您還會(huì )看到這種噪聲或不穩定，它們大多數都產(chǎn)生在轉換器輸出滿(mǎn)量程時(shí)。

ADC的模擬輸出或DAC的數字結果，只能與您電路的電壓參考一樣好。因此，這里有一些您在選擇您的電壓參考源時(shí)需要注意的小技巧。

在您轉換器的電壓參考引腳處使用系統電源電壓僅適合于最多8位。請思考電源電壓來(lái)自何處。例如，DC/DC或開(kāi)關(guān)轉換器產(chǎn)生較好的電路DC輸出。然而，它們一般都有一個(gè)內部開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò )，其會(huì )產(chǎn)生DC信號的噪聲。即使您在實(shí)施低通濾波時(shí)，DC/DC轉換器內部開(kāi)關(guān)動(dòng)作的雜質(zhì)也可能會(huì )直接傳輸給您的ADC或DAC器件的輸出。您也可能會(huì )嘗試在DC/DC或開(kāi)關(guān)轉換器后面使用一個(gè)線(xiàn)性穩壓器。線(xiàn)性穩壓器電源抑制和輸出噪聲水平得到不斷改善，但您會(huì )發(fā)現10位以上時(shí)您還是會(huì )碰到許多問(wèn)題。

您轉換器的電壓參考引腳的一個(gè)更危險源是您計算機的USB接口。USB接口的電源電壓有依附在其上面的計算機數字噪聲。這對模擬、混合信號器件來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)好的環(huán)境。

就高精度ADC和DAC而言，最好的電壓參考策略是以一個(gè)低噪聲、穩定、獨立的參考作為您設計的開(kāi)始。對于您的轉換器參考電壓設計來(lái)說(shuō)，不存在一個(gè)普遍通用的解決方案。

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