我wo們men首shou先xian假jia定ding這zhe是shi一yi個ge直zhi流liu前qian端duan，拋pao開kai交jiao流liu耦ou合he等deng因yin素su，單dan從cong這zhe個ge采cai樣yang波bo形xing來lai看kan，采cai樣yang端duan明ming顯xian是shi工gong作zuo異yi常chang的de。那na麼me
，為wei何he會hui出chu現xian這zhe種zhong情qing況kuang呢ne？

 

ADC模型初探

 

我們先來大致解剖一下 ADC電路參考模型及其驅動電路

，通過這個模型來跟大家共同來探討一番

，為了便於做定量分析，我們在文中插入一些公式，供大家參考。

 

 

 

為了更加直觀，我們刪繁就簡，重新整理這個電路，單看輸入、采樣端的電路模型，大致如下：

 

 

 

為了簡化設計，我們假設輸入電壓近似於一個直流電源，拋開耦合因素，輸入內阻遠大於采樣電阻，Rin>>Rsh，輸入電容和采樣電容之間的關係用a來表示：

 

 

初始狀態
，相對來說Vin向Cin充電相對較小
，主要看Cin向Csh充電過程
，我們構建電路模型如下圖所示：

 

 

 

根據以上模型，可以大致推導出第1階段輸入電壓和采樣電壓對應方程，以及采樣電容充電時間關係。

 

 

 

當Csh電壓迅速上升到與Cin相當之後
，我們忽略Rsh對電路的影響，我們重新構建第2階段電路模型如下。

 

 

 

此時，等效電容為輸入電容和采樣電容並聯，根據以上模型，可以大致推導出輸入電壓和采樣電壓對應方程如下：

 

 

 

此時，根據等效模型，我們可以推導出正常狀態下：

 

 

 

由此
，我們可以畫出采樣端波形大致如下：

 

 

 

根據ADCneibujiegouhe，womenkeyihenqingsongdetuidaochu，dierjieduandeshijianyuanyuandayudiyijieduandeshijian，tongshi，womenyekeyituidaochu，caiyangshijianheshurudianzubixumanzu：

 

 

 

按照正常采樣，第二階段采樣時間必須要滿足輸入電阻
、輸入電容和采樣電容並聯的乘積關係。如果采樣不足
，又會出現怎樣的情況呢
？在采樣開關斷開之後，采樣保持階段，由於Cx變小，輸入電容充電速度明顯加快
，此時，Csh電壓幾乎不變，大致波形應如下（具體推導公式不再列出）：

 

 

 

結合該客戶反饋的測試結果，我們大致判斷出
，客戶這個問題是由於在未達到采樣條件時就開始進行ADC采樣並轉換引起。

 

解決方案

 

結合上述電路模型及其推導公式
，我們該如何解決此類問題呢
？我們給出三種建議：

 

A.   延遲采樣時間；

B.   加大輸入電容
；

C.   增加驅動電路，重構輸入阻抗。

 

實施細節

 

一、延遲采樣，增加采樣周期

 

這一點不難理解，隻要采樣速率沒有要求，理論上來說，增加采樣周期，完成ADC轉換完全沒問題，本文不做重點講解。

 

二
、加大輸入電容

 

我們在很多ADC采樣場合都看到ADC輸入前端有一個電容，如果我們設定Rin非常小，忽略不計，那麼這個電容有何作用呢？本文中

，我們有一個推導公式：

 

 

 

由you於yu在zai每mei個ge采cai樣yang周zhou期qi內nei
，輸shu入ru電dian容rong和he采cai樣yang電dian容rong的de電dian壓ya值zhi都dou會hui相xiang對dui固gu定ding
，如ru果guo我wo們men通tong過guo調tiao整zheng輸shu入ru輸shu入ru電dian容rong和he采cai樣yang電dian容rong的de比bi值zhi來lai調tiao整zheng第di一yi階jie段duan的de快kuai速su充chong電dian時shi間jian，這zhe似si乎hu不bu失shi為wei一yi個ge好hao辦ban法fa。

 

但dan是shi，當dang輸shu入ru電dian源yuan發fa生sheng變bian化hua的de時shi候hou，由you於yu采cai樣yang電dian容rong吸xi收shou能neng力li有you限xian，采cai樣yang端duan輸shu入ru電dian容rong泄xie放fang又you會hui遇yu到dao新xin的de難nan題ti。同tong時shi，對dui於yu高gao頻pin信xin號hao來lai說shuo，電dian容rong越yue大da，等deng效xiao阻zu抗kang會hui更geng小xiao。

 

所以，在采樣端引入輸入電容的時候，我們需要非常謹慎，這個電容大多數是用來做高頻分量濾波用的。

 

三、增加驅動能力
，重構輸入阻抗

 

我們再回到第2階段采樣時間這個公式：

 

 

 

如果我們能夠降低輸入阻抗
，就會大大縮短采樣時間，目前增加驅動有兩種主流方法：

 

第一種是用變壓器來做驅動電路，這個方法有一個弱點，隻能針對交流信號，對工作頻率有要求，需要做匹配設計。

 

另一種方法是用運放做跟隨器，這樣可以大大降低信號端的內阻，大多數模擬前端都采用這種方法來做前端設計。

 

 

 

經(jing)過(guo)和(he)客(ke)戶(hu)確(que)認(ren)，客(ke)戶(hu)後(hou)來(lai)采(cai)用(yong)運(yun)放(fang)做(zuo)跟(gen)隨(sui)驅(qu)動(dong)的(de)方(fang)法(fa)
，重(zhong)新(xin)測(ce)試(shi)一(yi)版(ban)，測(ce)試(shi)采(cai)樣(yang)端(duan)波(bo)形(xing)如(ru)下(xia)圖(tu)，從(cong)硬(ying)件(jian)電(dian)路(lu)來(lai)看(kan)
，應(ying)該(gai)找(zhao)到(dao)問(wen)題(ti)所(suo)在(zai)
，目(mu)前(qian)還(hai)在(zai)驗(yan)證(zheng)中(zhong)。

 

 

 

Microchip ADC介紹

 

針對傳感器市場
，Microchip推出多種Delta-Sigma ADC，可以滿足多種不同應用需求，特別是這麼缺貨的年代，

 

MCP356X簡介：

24 bits Delta-Sigma ADC

153.6 kSPS @ 16 bits,19.2 kSPS @ 24 bits

OSR Rang:32-98034

 

VREF 

External VREF rang:0.1V-AVDD

Clock Internal or External

RMS Effective Resolution: Up to 23.3 bits

Power Consumption:0.8-2 Ma

 

Package:UQFN-20同時
，Microchip也有多種運算放大器可以用來做前端設計，供大家選擇。

 

 

 

 

關於世健——亞太區領先的元器件授權代理商

 

世健是完整解決方案的供應商，為亞洲電子廠商包括原設備生產商(OEM)、原設計生產商(ODM)和電子製造服務提供商(EMS)提供優質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務。

 

世(shi)健(jian)與(yu)供(gong)應(ying)商(shang)及(ji)電(dian)子(zi)廠(chang)商(shang)緊(jin)密(mi)協(xie)作(zuo)，為(wei)新(xin)的(de)科(ke)技(ji)與(yu)趨(qu)勢(shi)作(zuo)出(chu)定(ding)位(wei)，並(bing)幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)把(ba)這(zhe)些(xie)最(zui)先(xian)進(jin)的(de)科(ke)技(ji)揉(rou)合(he)於(yu)他(ta)們(men)的(de)產(chan)品(pin)當(dang)中(zhong)。集(ji)團(tuan)分(fen)別(bie)在(zai)新(xin)加(jia)坡(po)、中(zhong)國(guo)及(ji)越(yue)南(nan)設(she)有(you)研(yan)發(fa)中(zhong)心(xin)
，專(zhuan)業(ye)的(de)研(yan)發(fa)團(tuan)隊(dui)不(bu)斷(duan)創(chuang)造(zao)新(xin)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)

，幫(bang)助(zhu)客(ke)戶(hu)提(ti)高(gao)成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)並(bing)縮(suo)短(duan)產(chan)品(pin)上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)。世(shi)健(jian)研(yan)發(fa)的(de)完(wan)整(zheng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)及(ji)參(can)考(kao)設(she)計(ji)可(ke)應(ying)用(yong)於(yu)工(gong)業(ye)、無線通信及消費電子等領域。

 

世健是新加坡的主板上市公司，總部設於新加坡
，擁有約650名員工，業務範圍已擴展至亞太區40多個城市和地區，遍及新加坡、馬來西亞
、泰國、越南、中國
、印度、印度尼西亞
、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。世健集團在2020年的年營業額超過11億美元。1993年，世健在香港設立區域總部——世健係統（香港）有限公司
，正式開始發展中國業務。目前，世健在中國擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國主要大中型城市。憑借專業的研發團隊、頂尖的現場應用支持以及豐富的市場經驗，世健在中國業內享有領先地位。