ADC基准电压源电路设计

概述：
高分辨率、逐次逼近型ADC的整体精度取决于精度、稳定性和其基准电压源的驱动能力。ADC基准电压输入端的开关电容具有动态负载，因此基准电压源电路必须能够处理与时间和吞吐速率相关的电流。某些ADC片上集成基准电压源和基准电压源缓冲器，但这类器件在功耗或性能方面可能并非最佳——通常使用外部基准电压源电路才可达到最佳性能。本文探讨基准电压源电路设计中遇到的挑战和要求。

基准电压输入
逐 次逼近型ADC的简化原理图见图1。采样间隔期间，容性DAC连接至ADC输入，并且与输入电压成比例的电荷被存储在电容器中。转换开始后，DAC从输入 端断开。转换算法逐个开关每一位至基准电压或地。电容上的电荷再分配可导致电流流入或流出基准电压源。动态电流负载是ADC吞吐速率和控制位检验的内部时 钟的函数。最高有效位(MSB)保持大部分的电荷，需要大部分电流。

图1. 16位逐次接近型ADC原理简化图

图2显示AD7980、16位、1 MSPS、PulSAR逐次逼近型ADC基准电压输入端的动态电流负载。通过观察基准电压源和基准电压引脚之间500 Ω电阻上的电压降，得出测量值。曲线显示电流尖峰高达2.5 mA，并且在整个转换期间分布着较小的尖峰。

图2. AD7980动态基准电流
若 要支持该电流，同时保持基准电压的无噪声特性，需在尽可能靠近基准电压输入放置一个高数值、低ESR的储能电容，通常为10 μF或更大。较大的电容会进一步平滑电流负载，并降低基准电压源电路的负担，但极大的电容会产生稳定性问题。基准电压源必须要能提供灌满基准电容所需的平 均电流，而不会导致基准电压下降过大。在ADC数据手册中，基准输入电流平均值通常在特定的吞吐速率下指定。例如，在AD7980数据手册中，将1 MSPS下5 V基准电压源的平均基准电流指定为330 μA典型值。两次转换之间不消耗电流，因此基准电流随吞吐速率成线性变化，在100 kSPS时降至33 μA。基准电压源——或基准电压缓冲器——在最高的目标频率下必须具有足够低的输出阻抗，以便在ADC输入端保持电压水平，使电压不至于因为电流而产生太 大的压降。