ADC DAC設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

1、驅(qū)動(dòng)ADC時(shí)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(duì)電路的影響。3.電壓跟隨器起隔離作用，直接連接信號(hào)會(huì)衰弱，加電壓跟隨器能很好的將信號(hào)傳輸給AD。4.降低信號(hào)源的輸出阻抗，目的是為了不增加采樣時(shí)間，保證AD轉(zhuǎn)換精度。5.選擇運(yùn)放時(shí)，需注意驅(qū)動(dòng)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(duì)前級(jí)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(shí)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(gè)要求，注意這個(gè)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(dòng)電路，也就是說它們的輸入阻抗一般都不高。3）電平和動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整，以及電源級(jí)保護(hù)，使用跟隨器說明此電路沒有這個(gè)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(dòng)的本質(zhì)，內(nèi)部及外部噪聲對(duì)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(duì)于ADCs和DACs）?；旌闲盘?hào)系統(tǒng)（同時(shí)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(hào)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(gè)普遍的問題是如何接地使模擬信號(hào)狀態(tài)最好。包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理的混合信號(hào)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(hào)上。對(duì)這些地進(jìn)行單點(diǎn)匯合，有時(shí)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(gè)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(jiǎn)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(gè)建議，將它們連在一塊再接到系統(tǒng)的模

5、擬地。一個(gè)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(gè)問題，為什么一個(gè)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(cuò)誤”（category mistake）。簡(jiǎn)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(shí)，我們就犯了一個(gè)范疇錯(cuò)誤。這個(gè)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(gè)引腳有轉(zhuǎn)換器的數(shù)字電路的地電流流過?；仡欈D(zhuǎn)換器，制造商很可能對(duì)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(gè)引腳？在大電流或高頻情況下，引線的阻抗不允許用一個(gè)地引腳。低電

6、流或低頻轉(zhuǎn)換器經(jīng)常只有一個(gè)引腳。如果整個(gè)轉(zhuǎn)換器只有一個(gè)地引腳不會(huì)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(hào)狀態(tài)變差。實(shí)際上在高頻轉(zhuǎn)換器中有幾個(gè)模擬地引腳和幾個(gè)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?cè)谛酒膺B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(huì)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(gè)電阻或電感接到系統(tǒng)模擬地，X點(diǎn)相對(duì)于轉(zhuǎn)換器的模擬電路的噪聲電壓會(huì)增加對(duì)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)工作正常，否則可能出現(xiàn)錯(cuò)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(huì)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(gè)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)娜ヅ海谙到y(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(hào)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(dòng)負(fù)載。絕不要用ADC的并口直接驅(qū)動(dòng)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(huì)受這種接法的影響總線噪聲會(huì)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(gè)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(gè)緩沖器。這個(gè)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(hào)隔離因此盡管轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有緩沖器，通常也

10、會(huì)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(shí)才會(huì)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(gè)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(shí)不需要轉(zhuǎn)換器輸出太大驅(qū)動(dòng)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(hào)沿是一個(gè)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(shí)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(hào)的邊沿有時(shí)可以降低噪聲。可以用阻容網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。但這也會(huì)造成傳播延遲并可能引起系統(tǒng)時(shí)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(shí)鐘為了減小相位噪

11、聲（jitter），它可能會(huì)破壞采樣數(shù)據(jù)，采樣時(shí)鐘振蕩器應(yīng)該接到系統(tǒng)模擬地。采樣和時(shí)鐘重建（reconstruction clocks ）的相位噪聲可能會(huì)破壞采樣數(shù)據(jù)。這實(shí)際上是這個(gè)系列文章的一個(gè)單獨(dú)的題目。減小相位噪聲的一種方法是將采樣時(shí)鐘生成器的地接到系統(tǒng)模擬地，以讓轉(zhuǎn)換器和時(shí)鐘有公共地，地之間的共模噪聲不會(huì)相位調(diào)制到時(shí)鐘信號(hào)上。幾乎通用的接地方案如果一個(gè)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(cuò)誤的。甚至MicroConverter也應(yīng)該用這種接地方式。對(duì)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(gè)或多個(gè)ADC，一個(gè)DAC和8052微控制器來控制轉(zhuǎn)換器。盡管包含一個(gè)完整的微控制器，這個(gè)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(gè)例外這些器件在DGND上有很高（>100mA）的瞬變電流，通常在設(shè)計(jì)上對(duì)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)