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当今的模拟系统设计人员面临许多设计挑战。他们不仅需要选择合适的集成电路(IC)器件,还必须准确地预测这些元器件在系统内的相互影响。由此看来, 模数(A/D)转换器的设计是一项艰巨的挑战,因为必须在系统级考虑各种不同的输入采样结构,并做出正确的选择。本文将探讨几种通用的输入采样结构,并讨论每种结构对系统其他部分的影响。
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ADC中的输入采样结构中的输入采样结构
当今的模拟系统设计人员面临许多设计挑战。他们不仅需要选择合适的集成电路(IC)器件,还必须准确地预测这
些元器件在系统内的相互影响。由此看来, 模数(A/D)转换器的设计是一项艰巨的挑战,因为必须在系统级考虑
各种不同的输入采样结构,并做出正确的选择。本文将探讨几种通用的输入采样结构,并讨论每种结构对系统
其他部分的影响。
当今的模拟系统设计人员面临许多设计挑战。他们不仅需要选择合适的集成电路(IC)器件,还必须准确地预测这些元器件
在系统内的相互影响。由此看来, 模数(A/D)
输入采样基本电路结构 输入采样基本电路结构
随着数字化的普及和技术的发展,A/D转换器的应用无处不见。在目前使用的众多 CMOS A/D转换器中,一种常用解决方
案是使用 开关电容结构实现输入采样。在这种最基本的结构中,输入部分由一只体积相对较小的电容器和一个模拟开关组
成,如图1所示。
当开关设在位置1时,进入采样过程,采样电容器被充电至采样节点的电压(在此例中为VS)。然后,开关被切换至位置2,
转换到放电过程,此时采样电容器上累积的电荷被放电或转移至采样电路的其他电路上。充电,然后放电,再充电,再放
电,这一过程周而复始。
上述电路结构中,没有使用缓冲器,而是直接利用开关电容器输入,这样会引起严重的系统级问题。因为在采样过程中,
将采样电容器充电到采样点电压所需的电流必须由连接到A/D转换器输入端的外部电路来提供。当电容器切换到采样节点(图1
中的开关位置1)时,需要大电流对电容器进行快速充电。实际上,这一瞬态电流的大小是采样电容器容值、电容开关频率和采
样节点电压的函数。
该开关电流由下式表示:
iin = CVf
其中,C为采样电容器的电容值,V为采样节点上的电压(此例中为VS),而f为采样开关的开关切换频率。这个开关电流会
在采样节点产生较高的电流过冲峰值(如图1所示)。
图1 简单的开关电容输入结构
在对A/D转换器的前端模拟电路进行设计时,必须考虑这一开关电流所带来的不良影响。当该电流流经任何电阻时,都会
产生压降,从而在A/D转换器的采样节点处产生电压误差。如果转换器的输入端连接有高阻抗传感器或高阻抗滤波器,那么误
差将变得很大。
为了进行详细的说明,引用一个例子,如图2所示。该例中假设A/D转换器的前端加有一个阻值为10kΩ的电阻,来隔离传
感器并改善静电放电(ESD)保护功能。
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weixin_38689976
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