adc外围电路的设计研究

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1、ADC外围电路的设计研究　摘要:ADC外围电路的设计通常包括模拟电路、数字电路和电源电路的设计。为了满足ADC的需要,ADC外围电路的设计重点是输入放大信号,为了使其充分发挥整体性能,必须在ADC转换期间保持输入电压的稳定;为了消除模拟多路开关因阻抗不匹配和转换阶跃信号变化对ADC输入及采样阶段的影响,需在多路开关与ADC之间加接高输入阻抗的电压跟随器,并待阶跃变化稳定后,再让采样保持电路进入采样阶段;为了满足微控制器对时序的要求,必须选择恰当的接口形式。此外,采用良好的接地方式与电压去耦方法,可以避免模拟信号和数字信号受到噪声干扰,也可避免

2、两种信号产生互相干扰。为了防止噪声对数字信号的影响,还使用了相应的隔离方式。关键词:放大;匹配;时序;去耦;隔离　　中图分类号:TN710-34　2.2串行接口电路的设计　　串行接口只需要1根双向数据线、或者2条传输方向相反的数据线和少量的控制线。这样能大大地减少芯片的引脚数目,进而简化了整机的布线。实际中多数微型控制器都有串行接口,这样给串行数据输出的ADC使用提供了便利的条件,不过这种传输方式速度慢、效率低,但随着芯片工作频率的提高,串行传输速率也得到了改善。常见的串行接口有通用异步接收/发送器、串行外围接口和I2C总线等,设计时应根据具

3、体情况采取相应的方式[6]。　　3电源和接地的设计　　在ADC电路中既含有模拟信号,又含有数字信号,而模拟信号部分是精密的信号处理电路,例如分辨率为10位5V量程的ADC,所对应1LSB的模拟电压为4.88mV[7]。数字电路部分是与其他逻辑电路连接在一起的,工作信号为脉冲信号,信号的幅度大,频谱宽。对于模拟信号来说,数字信号是一个干扰源,地线噪声可达几十毫伏,甚至几百毫伏。如果存在接地不良,布线不当等因素,那么数字噪声将严重影响模拟信号部分的精度,甚至无法工作,所以对于高速ADC或高分辨率的转换系统要特别重视印制电路板的布线以及电源

4、的去耦问题。　　为了减小地线噪声干扰可以采取下列措施:　　3.1参考点的设计　　AGND与DGND分开,建立模拟参考点,把所有的模拟部分都接到这个参考点上。此外还应注意合理布局,尽量缩短地线的长度,加大地线的横截面积等。　　3.2AGND和DGND连接的设计　　AGND接模拟参考点,DGND接数字电路,并与数字电源地相连接,并且AGND和DGND只在靠近ADC的引脚一处进行连接。　　3.3电源接线的设计　　多数ADC使用的不止是一种电源,通常5V电源供数字部分使用,15V电源供模拟部分使用。这两组电源要分别接到AGND和DGND上,同时注意这

5、两组电源的变压器绕组之间应具有良好的绝缘和良好的静电隔离。　　3.4电源去耦的设计　　ADC的电源要加去耦电容,并且安装时电容要尽量靠近ADC的电源。一般情况下,电容可用1～10μF钽电容与0.01～0.1μF高频瓷介电容并联[6]。　　3.5高低噪声电路接地的设计　　数字电路中的高频信号电路和大电流电路属于高噪声电路,而ADC接口中的数字信号则属于低噪声电路,因此两者应各有接地参考点[8]。　　前面是地线连接时需要考虑的问题,但是在实际中各电路结构和参数的差别很大,所以一般不能采取同一模式。对于一些ADC芯片说明书中已经给出了电源和地线以及

6、芯片评估板的印制电路布线图,使用时要按照说明书去连接,这样才能达到系统的预期指标。　　4信号隔离的设计　　从上面的分析可知,合理的布线和接地可以有效地抑制噪声干扰,但由于模拟信号和数字信号仍存在共地,所以要彻底消除数字噪声对模拟信号的影响是不可能的。此外,模拟信号在传输线上也容易受到干扰,这些干扰不仅对模拟信号有影响,对数字电路影响更大,严重时会产生运行错误。因此采取隔离措施可以进一步抑制干扰,常用的隔离元件是光电耦合器[9]。根据隔离位置的不同,可分为2种隔离方式:一种是隔离模拟信号端;另一种是隔离数字信号端。由于数字信号的工作频率较高,所

7、以必须采用高速光电耦合器或采取加速措施,并且在微处理器中加入等待周期或增加信号锁存器等,以协调光电耦合器引来的延迟时间,这将带来接口电路的复杂性和降低系统响应速度的负面影响。在实际应用中,由于对不同系统的技术要求各有不同,所以ADC外围电路的设计也要根据具体情况采用不同的方法。中国.l.中国.L.整理。