分辨率轉換器器件噪聲處理

高分辨率轉換器存在的一些問(wèn)題是電壓參考噪聲、穩定性，以及該參考電路驅動(dòng)轉換器電壓參考引腳的能力。R1、C2和C3無(wú)源濾波器隨電壓參考噪聲急劇下降。這種低通濾波器的轉角頻率為1.59Hz。該濾波器可減少寬帶噪聲和極低頻噪聲。附加R-C濾波器使噪聲水平降至20位ADC的可控范圍以?xún)?。這一結果令人鼓舞。但是，如果電流受到拉力，從ADC參考引腳流經(jīng)R1，則壓降會(huì )破壞轉換，因為每個(gè)位判定 (bit decision) 都有一次壓降。圖1所示電路還是為您的16位以上的轉換器提供了一款不錯的解決方案。

　　圖 1 16位以上ADC電壓參考電路

　　圖1所示電路圖有一個(gè)運算放大器(op amp)，旨在“隔離”C2、R1和C3低通濾波器，并為ADC的電壓參考引腳提供足夠的驅動(dòng)力。25℃時(shí)，CMOS運算放大器 (OPA350) 的輸入偏置電流為10 pA。這一電流與R1(10 kΩ)共同產(chǎn)生一個(gè)100 nV的恒定DC壓降。這種水平的壓降不會(huì )改變23位ADC的最終位判定。運算放大器的輸入偏置電流隨溫度變化而改變，這是實(shí)際情況，但在125℃溫度下您可以預計一個(gè)不超過(guò)10 nA的最大電流值，其在100℃溫度范圍產(chǎn)生100 μV的變化。

　　我們需要將R1的這種壓降考慮進(jìn)來(lái)。該壓降會(huì )增加電壓參考器件的誤差。假設電壓參考電路的初始誤差為±0.05%，且誤差溫度為3 ppm/℃。參考電壓為4.096伏時(shí)，室溫下初始電壓參考誤差等于2.05mV，125℃時(shí)增加1.23 mV。圖1所示電路中，隨著(zhù)運算放大器偏移和輸入偏置電流誤差的變化，參考電壓器件占主導地位。連接至圖1所示電路的ADC，承受的誤差是參考電壓、R1和OPA350(增益誤差)所產(chǎn)生誤差的和。

　　運算放大器驅動(dòng)一個(gè)10 μF電容器 (C4) 和ADC的電壓參考輸入引腳。位于C4上的電荷提供ADC轉換期間所需的電荷。在A(yíng)DC的數據采集和轉換期間，C4容量的大小為ADC的參考引腳提供一種恒定的電壓參考，其通常具有約2到50 pF的輸入電容。

　　圖1所示電路中，需要注意的最后一點(diǎn)。C4和運算放大器開(kāi)環(huán)輸出電阻 (RO) 改變放大器的開(kāi)環(huán)增益(AOL) 曲線(xiàn)時(shí)，您可以對放大器的穩定性做折中處理。參考文獻2中的討論說(shuō)明了找出這一問(wèn)題的過(guò)程?；旧隙?，具有較好穩定性的電路是改進(jìn)運算放大器AOL曲線(xiàn)和閉環(huán)電壓增益曲線(xiàn)的閉合速率為20dB的電路。

　　圖2 圖1所示OPA350緩沖頻率響應

　　該穩定電路中，極點(diǎn)和零點(diǎn)的頻率位置計算如下，其中OPA350的開(kāi)環(huán)輸出電阻為50Ω (RO)，而C4 (RESR) 的ESR為2 mΩ。