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[经验] 逐次逼近型 ADC:确保首次转换有效

昨天 08:30  158 adc 模拟对话
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简介


最高]
逐次逼近型架构

逐次逼近型ADC由4个主要子电路构成:采样保持放大器(SHA)、]


图 1 基本 SAR ADC 架构
在上电和初始化之后,CONVERT]
与 SAR转换代码相关的因素

本文将讨论与有效首次转换相关的下列因素:
  • 电源顺序(AD765x-1)
  • 访问控制(AD7367)
  • RESET]些采用多个电源的ADC拥有明确的上电序列。AN-932应用笔记电源序列, 列为这些ADC电源的设计提供了良好的参考。应该特别 注意模拟和参考输入,因为这些一般不得超过模拟电源电压0.3 V 以上。 因此, AGND – 0.3 V < VIN < VDD + 0.3 V 且 AGND – 0.3 V < VREF < VDD + 0.3V。 模拟电源应在模拟输入或基准电压之前开启, 否则,模拟内核可能会以闩锁状态上电。类似地,数字输入应在 DGND ? 0.3 V和VIO + 0.3 V之间。I/O电源必须在接口电路之前 (或与其同时)开启,否则,这些引脚上的ESD二极管可能变成 正偏,而且数字内核可能以未知状态上电。

电源斜坡过程中的数据访问

<span]在电源稳定之前不得访问ADC,因为这样可能使其进入未知状 态。在图 2 所示例子中,主机FPGA正在尝试从 AD7367读取数 据,而DVCC正在斜升,结果可能使ADC进入未知状态。



<figure]许多SAR ADC(如AD760x 和 AD765x-1在上电后需要通过 RESET来实现初始化。在所有电源都稳定之后,应施加一个指定 的RESET脉冲,以确保ADC以预期状态启动,同时使数字逻辑控 制处于默认状态,并清除转换数据寄存器。上电时,电压开始在REFIN/REFOUT 引脚上建立,ADC进入采集模式,同时配置用户 指定模式。完全上电后,AD760x应看到一个上升沿RESET将其 配置为正常工作模式。RESET高脉冲宽度典型值为50nss。

建立基准电压

<span]ADC 将模拟输入电压转换成指向基准电压的数字代码,因此, 基准电压必须在首次转换前稳定下来。许多 SAR ADC 都有一 个 REFIN/REFOUT 引脚和一个 REF 或 REFCAP 引脚。外部基 准电压可能会通过 REFIN/REFOUT 引脚过驱内部基准电压源, 或者,内部基准电压源可能会直接驱动缓冲。REFCAP 引脚上的电容会使内部缓冲输出去,而这正是用于转换的基准电压 源。图 3 所示为 AD765x-1 数据手册中的参考电路示例。



<figure]确保 REF 或 REFCAP 上的电压在首次转换之前已建立。压摆 率和建立时间因不同的储能电容而异,如图 4 所示。



<figure]另外,设计不佳的参考电路可能导致严重的转换错误。参考电路 问题最常见的表现是"粘连"代码,其原因可能是储能电容的尺 寸和位置、驱动强度不足或者输入存在大量噪声。精密逐次逼近 型ADC的基准电压源设计 计作者:Alan Walsh (模拟对话第47卷第 2期,2013年)详细讨论了SAR ADC的基准电压源设计。

模拟输入建立时间

<span]对于多通道、多路复用应用,驱动器放大器和 ADC 的模拟输 入电路必须使内部电容阵列以 16 位水平(0.00076%)建立满量 程阶跃。不幸的是,放大器数据手册一般将建立精度指定为 0.1%或 0.01%。指定的建立时间可能与 16 位精度的建立时间 显着不同,因此选择驱动器之前应进行验证。

<span]要特别注意多路复用应用中的建立时间。在多路复用器切换 之后,要确保留出足够的时间,以便模拟输入能在转换开始 之前建立至指定的精度。在配合AD7606使用多路复用器时, 应为±10-V输入范围留出至少 80 μs的时间,为±5-V范围留出 至少 88 μs,以便给选定通道足够的时间来建立至 16 位分辨率面向精密SAR模数转换器的前端放大器和RC滤波器设计作者:Alan Walsh(模拟对话 话第 46 卷第 4 期,2012 年)为放 大器的选择提供了更多细节。

模拟输入范围

<span]确保模拟输入处于指定的输入范围之内,要特别注意指定共模 电压的差分输入范围,如图 5 所示。



<figure]For example, the AD796018位、 5 MSPS SAR ADC的差分输入范围为–VREF 至 +VREF, 但折合到地的 VIN+ 和 VIN? ?都应该处于–0.1 V至 VREF + 0.1 V的范围内,且共模电压应为 VREF/2左右,如表1所示。

<span]表 1 AD7960的模拟输入规格
参数测试条件/ 注释最小值典型值最大值单位
电压范围VIN+ ? VIN??VREF
+VREFV
工作输入电压VIN+, VIN? to GND?0.1
VREF + 0.1V
共模输入范围
VREF/ 2 ? 0.05VREF/2VREF/ 2 + 0.05V

使 SAR ADC退出关断或待机模式

为了节能,有些SAR]
根据图6所示,当STBY]



图 6 AD7606 初始化时序
带延迟的 SAR ADC

人们普遍认为,SAR]
例如,AD7985拥有两种转换工作模式:turbo和正常。Turbo模]对于AD7682/AD7689, 上电后的前三个转换结果未定义,因为 在第二个EOC之前,不会出现有效的配置。因此,需要两次伪 转换,如图 7 所示。



<figure]当在硬件模式下使用 AD765x-1 时,在 BUSY 信号下降沿对 RANGE 引脚的逻辑状态进行采样,以决定下一次同步转换的 模拟输入范围。在有效的 RESET 脉冲之后,AD765x-1 将默认 在±4 × VREF 范围内工作,无延迟问题。然而,如果 AD765x-1 工作于±2 × VREF 范围内,则必须利用伪转换周期在 BUSY的 第一个下降沿选择范围。

<span]另外,有些SAR ADC(如AD7766/AD7767过采样SAR ADC) 有后数字滤波器,结果会导致更多延迟。当将模拟输入多路复 用至这类ADC时,主机必须等到数字滤波器完全建立后才能获 得有效转换结果;经过该建立时间后,方可切换通道。
如表]
表]最后,但同样重要的是,主机可以通过一些常见的接口选项(如 并行、并行 BYTE、IIC、SPI 和菊花链模式下的 SPI)来访问 SAR ADC 的转换结果。要得到有效的转换数据,必须确保遵 循数据手册中的数字接口时序规格。

结论

<span]为了获得 SAR ADC 的第一个有效转换代码,务必遵循本文讨 论的建议。可能还需要其他具体配置支持;请查看目标 SAR ADC 数据手册或者应用笔记,了解关于第一个转换周期开始 之前初始化的相关内容。

参考电路

<span]Kester, Walt. Data Converter Support Circuits. Chapter 7, Data Conversion Handbook.
Kester,]Walsh, Alan. “Front-End AmplIFier and RC Filter Design for a Precision SAR analog-to-Digital Converter.” Analog dialogue, Volume 46, Number 4, 2012.

作者Steven Xie
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1 条评论

王栋春 昨天 22:07
沙发
了解一下   
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