模拟工程师必知必会:带你全方位学习模数转换器三

　　图2:折合到输入端噪声对ADC"接地输入端"直方图的影响(ADC具有少量DNL)

　　虽然ADC固有的微分非线性(DNL)可能会导致其噪声分布与理想的高斯分布有细微的偏差(图2示例中显示了部分DNL)，但它至少大致呈高斯分布。如果DNL比较大，则应计算多个不同直流输入电压的值，然后求平均值。例如，如果代码分布具有较大且独特的峰值和谷值，则表明ADC设计不佳，或者更有可能的是PCB布局布线错误、接地不良、电源去耦不当(见图3)。当直流输入扫过ADC输入电压范围时，如果分布宽度急剧变化，这也表明存在问题。

ADC输入转换器电路分析

　　许多高精度模/数转换器的输入范围要求介于0.0V至5.0V之间。例如，MAX1402 (18位多通道Σ-Δ ADC)测量两个输入之间的差值。典型的单端应用中，该ADC将输入电压与固定的基准电压(例如2.500V)进行比较：ADCIN = 0V时，数字输出代表0V – 2.5V = -2.5V;ADCIN = 2.5V时，输出代表2.5V – 2.5V = 0V;而ADCIN = 5V时，输出则表示为5V – 2.5V = 2.5V。由此，数字输出范围对应于0V至5V的ADCIN为±2.5V。

　　图1电路能够将±10.5V输入信号转换到MAX1402 ADC的输入量程(0V至5V)。ADC的两个通道(本案中的IN1和IN2)配置为全差分或高精度单端测量。R1、R2电阻分压器对输入进行变换，同时采用3.28V为输入提供偏压。当输入接地时，ADC输入以2.5V为中心(VIN = 0V时，ADC数字输出为0)。元件的精度保证了ADC的16位精度。

　　图1. 本电路使输入范围为0V至5V (单端或差分)的ADC能够处理±10.5V的输入范围。

　　配置MAX1402为差分测量方式，可测量IN1和IN2之间的电压差。这些输入可接受±10.5V输入电压，而内部可编程增益放大器(PGA)用于提高小信号分辨率。例如，4倍增益可使ADC测量±2.625V输入信号时达到16位分辨率。

　　单端测量可以将输入配置为两个独立通道，并将其与IN6的2.50V基准电压进行比较。如需更高精度，可以将ADC配置为差分输入，其中一个通道作为地电位检测输入。

　　可以改变电阻分压器比例以适应不同的输入范围，但需要采用相同比例为电路提供偏压。例如，5:1的比例对应±15.0V的输入范围和3.00V偏压。校准系统时，只需将输入接地，并把输入接到已知电压，然后记录输出值即可。可以采用这两个值计算每个输入范围的偏压和增益系数。

　　ADC输入阻抗信号链设计总结

　　了解转换器阻抗是信号链设计的一个重要内容。总之，若非真正需要，为什么要浪费大笔资金去购买昂贵的测试设备，或者费力去测量阻抗?不如使用数据手册提供的RC并联组合阻抗并稍加简单计算，这种获取转换器阻抗曲线的方法更快捷、更轻松。

　　还应注意，工艺电阻容差可高达±20%。即使费尽辛苦去测量任何器件的输入或输出阻抗，也只能获取一个数据点(当然，除非测量多个批次的许多器件随温度和电源电压变化的情况)。请使用数据手册中的仿真R||C值，它提供了关于特征阻抗与频率关系的足够信息，由此可以设计出正常工作的信号链。