ADC DAC設(shè)計經(jīng)驗(yàn)

1、驅(qū)動ADC時注意事項(xiàng)：1.AD轉(zhuǎn)換芯片一般輸入阻抗較小，加入射隨器，可以提高輸入阻抗，增加抗干擾能力。2.加電壓跟隨器能提高電路負(fù)載能力，減少負(fù)載的對電路的影響。3.電壓跟隨器起隔離作用，直接連接信號會衰弱，加電壓跟隨器能很好的將信號傳輸給AD。4.降低信號源的輸出阻抗，目的是為了不增加采樣時間，保證AD轉(zhuǎn)換精度。5.選擇運(yùn)放時，需注意驅(qū)動容性負(fù)載，需加穩(wěn)定性補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。加跟隨的作用：1）以高輸入電阻減少對前級的影響跟隨器輸入電阻高。2）以低輸出電阻、瞬間大輸出電流、高壓擺率、快速建立時間滿足ADC內(nèi)部采樣保持電路快速準(zhǔn)確采樣的需求好的運(yùn)放組成的跟隨器可以滿足這個要求，注意這個跟隨器不是一般的運(yùn)

2、放，得根據(jù)ADC的質(zhì)量高低做出精確的選擇。特別需要注意的是，多數(shù)ADC內(nèi)部不具備高阻驅(qū)動電路，也就是說它們的輸入阻抗一般都不高。3）電平和動態(tài)范圍調(diào)整，以及電源級保護(hù)，使用跟隨器說明此電路沒有這個需求。4）抗混疊濾波。如果跟隨器的帶寬較小，或者增加了低通濾波，都可能實(shí)現(xiàn)抗混疊濾波。大多數(shù)的ADC都有模擬地（AGnd）和數(shù)字地（DGnd）引腳，但是太多的工程師和datasheet作者都不確定該怎么進(jìn)行連接。這篇文章考慮了這些引腳電流流動的本質(zhì)，內(nèi)部及外部噪聲對于精確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的影響，不同的接地，去耦和大多數(shù)情況下使轉(zhuǎn)換器工作在最好狀態(tài)的建議及證明。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（ADCs和DACs）是精確，敏感的器件

3、，它的模擬接口易受噪聲影響（這篇文章的大部分建議是對于ADCs和DACs）?；旌闲盘栂到y(tǒng)（同時擁有模擬和數(shù)字處理的系統(tǒng)）經(jīng)常有分離的模擬地和數(shù)字地，將易受噪聲影響的模擬信號與通常產(chǎn)生噪聲的數(shù)字地隔離開來。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器也就是模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器（ADCs）和數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)換器（DACs）是精確且易受噪聲影響的敏感器件。除非另外說明，本文中的所有建議適用于ADCs和DACs。在應(yīng)用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)中，一個普遍的問題是如何接地使模擬信號狀態(tài)最好。包括模擬信號和數(shù)字信號處理的混合信號系統(tǒng)通常有分離的數(shù)字地和模擬地，來避免數(shù)字部分的噪聲耦合到敏感的模擬信號上。對這些地進(jìn)行單點(diǎn)匯合，有時稱作星形點(diǎn)（star

4、point），匯合點(diǎn)通常鄰近電源。ADCs和DACs通常有分離的模擬地引腳和數(shù)字地引腳（分別標(biāo)作AGND和DGND）。它們應(yīng)該連在一起并接到系統(tǒng)的模擬地，盡管datasheet有其它建議。ADCs和DACs通常有分離的模擬地引腳和數(shù)字地引腳，分別標(biāo)作AGND（或模擬地）和DGND（或數(shù)字地），并且datasheet通常建議這兩種引腳應(yīng)該在器件外連在一塊。這引起一個問題然后怎么將它們連到系統(tǒng)的模擬和數(shù)字地，而不引起地環(huán)路。解決辦法很簡單不要這樣做！它們應(yīng)該都連到系統(tǒng)模擬地。盡管datasheet建議它們應(yīng)該分別連到系統(tǒng)的模擬地和數(shù)字地，但通常更好的做法是忽略這個建議，將它們連在一塊再接到系統(tǒng)的模

5、擬地。一個哲學(xué)問題！AGND和DGND應(yīng)該都連到系統(tǒng)模擬地平面。描述為DGND的引腳并不意味著它應(yīng)該連到系統(tǒng)數(shù)字地。這當(dāng)然引起一個問題，為什么一個指定為數(shù)字地的引腳應(yīng)該接到系統(tǒng)的模擬地。這就是哲學(xué)家所說的“范疇錯誤”（category mistake）。簡單地說，當(dāng)我們假設(shè)同樣的文字在不同上下文中表示同樣的意思時，我們就犯了一個范疇錯誤。這個引腳不是因?yàn)榻拥较到y(tǒng)數(shù)字地而稱為數(shù)字地引腳，而是這個引腳有轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電路的地電流流過。回顧轉(zhuǎn)換器，制造商很可能對這些引腳用了不同的名字來避免混淆，但幾十年后的今天再改已經(jīng)太晚了。為什么不用一個引腳？在大電流或高頻情況下，引線的阻抗不允許用一個地引腳。低電

6、流或低頻轉(zhuǎn)換器經(jīng)常只有一個引腳。如果整個轉(zhuǎn)換器只有一個地引腳不會有問題，但粘合線（bond-wire）和封裝引腳的阻抗相當(dāng)大，由數(shù)字部分電流流過公共地引腳引起的電壓足以使轉(zhuǎn)換器的模擬信號狀態(tài)變差。實(shí)際上在高頻轉(zhuǎn)換器中有幾個模擬地引腳和幾個數(shù)字地引腳并行連接，來減小引腳阻抗的影響。為什么必須將它們在芯片外連接？X點(diǎn)的地噪聲通過寄生電容影響轉(zhuǎn)換器的模擬電路?？梢酝ㄟ^減小DGND，AGND和系統(tǒng)模擬地之間的阻抗來減小此噪聲。數(shù)字電路的噪聲可以通過寄生電容耦合到轉(zhuǎn)換器的模擬部分。如果框圖中的X點(diǎn)的噪聲電壓可以盡可能減小，那耦合地噪聲也會減小。這可以通過直接將數(shù)字地接到系統(tǒng)模擬地來完成。如果DGND接到

7、系統(tǒng)數(shù)字地或通過一個電阻或電感接到系統(tǒng)模擬地，X點(diǎn)相對于轉(zhuǎn)換器的模擬電路的噪聲電壓會增加對干擾也是一樣。電源去藕轉(zhuǎn)換器的數(shù)字部分供電必須用一個低感電容用盡可能低阻抗的引線去耦到DGND引腳。數(shù)字VDD可以取自系統(tǒng)模擬或數(shù)字電源，但是在這兩種情況下都應(yīng)該用一個小阻性器件隔離。為了減小模擬系統(tǒng)中的數(shù)字電流，轉(zhuǎn)換器的數(shù)字供電腳必須接一低感電容到DGND引腳進(jìn)行去耦。電容必須盡可能靠近這兩個管腳，以減小引腳電感（lead and PC track inductance不知怎么翻）。這確實(shí)很重要AD9040 模數(shù)轉(zhuǎn)換僅當(dāng)它的電源去耦電容距器件引腳小于2.5mm時工作正常，否則可能出現(xiàn)錯碼。許多其他的高頻

8、轉(zhuǎn)換器也一樣。轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電路如果有單獨(dú)的供電引腳，只要不會引起上電順序的問題，可以從數(shù)字或模擬系統(tǒng)取電。無論哪種情況，用一個小的阻性元件（磁珠或小電阻）進(jìn)行隔離是明智的做法。如果模擬系統(tǒng)供電這樣做可以減小來自轉(zhuǎn)換器供電的干擾，如果數(shù)字系統(tǒng)供電這樣處理可以使得供電噪聲隔離在去藕電容之外。地回流在模擬和數(shù)字系統(tǒng)地之間的唯一電流是數(shù)字接口的回流。通過適當(dāng)?shù)娜ヅ?，在系統(tǒng)模擬和數(shù)字地之間唯一的數(shù)字電流是轉(zhuǎn)換器邏輯接口的回流。它應(yīng)該盡可能地降低。這樣做的唯一的信號問題是由于模擬和數(shù)字地上的共模噪聲引起的抗干擾能力下降。因?yàn)閿?shù)字部分有幾百甚至上千毫伏的抗干擾能力，所以這點(diǎn)抗干擾能力的喪失不太可能影響系統(tǒng)工

9、作。小心總線！絕不要將主要的數(shù)據(jù)線直接連接到ADC或DAC。這是噪聲的來源并且大部分ADC不能驅(qū)動負(fù)載。絕不要用ADC的并口直接驅(qū)動數(shù)據(jù)線，這很重要數(shù)字電流很可能太大。除了我們提到過的地回流問題，大的轉(zhuǎn)換器輸出電流增加了它的損耗這有可能由于熱效應(yīng)影響其準(zhǔn)確性。DAC也會受這種接法的影響總線噪聲會使得它們的模擬輸出變差。緩沖器在數(shù)據(jù)線和轉(zhuǎn)換器之間放一個緩沖器，盡管轉(zhuǎn)換器有內(nèi)部的緩沖器。它可以降低噪聲。通過降低功耗提高ADC的精度。在轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)總線之間差不多總是有一個緩沖器。這個緩沖器應(yīng)該接到系統(tǒng)數(shù)字地。轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的緩沖器沒有足夠的扇出并且也提供了足夠的信號隔離因此盡管轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有緩沖器，通常也

10、會應(yīng)用外部緩沖器。一種例外情況就是數(shù)據(jù)線僅在正常系統(tǒng)操作時才會獲得轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)。大多數(shù)的串口和一些并口都屬這種情況。在上電過程中，轉(zhuǎn)換器還沒工作，這個總線可能也被用來從ROM中下載代碼或者其它類似工作，假設(shè)加載過程依賴其它總線器件，并且正常工作時不需要轉(zhuǎn)換器輸出太大驅(qū)動電流。慢下來（如果你可以）轉(zhuǎn)換器的數(shù)字接口的快速數(shù)字信號沿是一個噪聲源。用RC網(wǎng)絡(luò)減慢它們可以降低噪聲。但是系統(tǒng)時序可能不允許這樣做注意。通過減慢轉(zhuǎn)換器輸入和輸出的數(shù)字信號的邊沿有時可以降低噪聲?？梢杂米枞菥W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。但這也會造成傳播延遲并可能引起系統(tǒng)時序問題。這有用，但必須小心處理，仔細(xì)分析可能的不好的影響。采樣時鐘為了減小相位噪

11、聲（jitter），它可能會破壞采樣數(shù)據(jù)，采樣時鐘振蕩器應(yīng)該接到系統(tǒng)模擬地。采樣和時鐘重建（reconstruction clocks ）的相位噪聲可能會破壞采樣數(shù)據(jù)。這實(shí)際上是這個系列文章的一個單獨(dú)的題目。減小相位噪聲的一種方法是將采樣時鐘生成器的地接到系統(tǒng)模擬地，以讓轉(zhuǎn)換器和時鐘有公共地，地之間的共模噪聲不會相位調(diào)制到時鐘信號上。幾乎通用的接地方案如果一個轉(zhuǎn)換器不包括處理器，或者消耗電流小于30mA，應(yīng)該采用這種方案。如果dataSheet有其它建議，它很可能是錯誤的。甚至MicroConverter也應(yīng)該用這種接地方式。對于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器來說這真的是最好的接地方式。模擬器件MicroConverter由一個或多個ADC，一個DAC和8052微控制器來控制轉(zhuǎn)換器。盡管包含一個完整的微控制器，這個器件僅消耗很少的電流，因此它的AGND和DGND最好接到系統(tǒng)模擬地。帶有編解碼器的大型DSP器件是個例外這些器件在DGND上有很高（>100mA）的瞬變電流，通常在設(shè)計上對DGND和模擬電路進(jìn)行了很好的噪聲隔離它們應(yīng)該有單獨(dú)的DGND和AGND，除非datasheet有其它說明。目前發(fā)現(xiàn)的模擬器件中唯一的例外是大型的帶有編解碼器的DSP處理器。在這些器件的DGND引腳上的瞬間電流可以達(dá)到幾百mA，并且在設(shè)