A/D转换错误分析：如何避免输入电压下降

"A/D转换中常犯的错误" 在A/D转换过程中，错误的理解和连接常常会导致不准确的测量结果。A/D转换器是将模拟信号转换为数字信号的关键组件，广泛应用于各种嵌入式系统中。然而，如果不正确地处理A/D转换器的输入电路，可能会引入不必要的误差。 首先，让我们深入理解图1所示的A/D转换器典型应用。这个例子中，A/D转换器与一个集成的采样保持（S/H）电路一起工作。虽然这个配置看似简单，但存在潜在的问题。采样保持电路通常包含一个开关和采样电容，用于在采样期间存储输入信号的电压。为了保护外部电路，模拟缓冲器被用作隔离设备，但这也会带来非理想的特性，即它实际上是一个阻抗变换器。 图2展示了A/D输入端的等效电路，揭示了问题的关键所在。在采样瞬间，缓冲器的电容与采样保持电容并联，导致A/D转换器输入端的电压下降。外部放大器可能无法快速响应这种变化，因为它具有较低的带宽，从而不能及时补充电荷以维持输入电压。 考虑图中给出的示例值，如果CT+CP（PCB导线和芯片引脚的组合电容）为5pF，CX（缓冲器电容）为0.5pF，输入电压可能会下降到原来的95%。这显然会导致测量结果的显著偏差。 为了解决这个问题，可以通过增加附加电容来补偿这种压降。要计算所需的最小电容，我们需要确保压降不超过A/D转换器的1/2 LSB（Least Significant Bit），因为这是可以接受的误差范围。如果A/D转换器是12位的，最大输入电压等于2^12 * LSB。 公式表明，对于12位A/D转换器，当输入电容变化为0.5pF时，与输入端相连的电容至少需要大于某个值，以确保压降不会导致显著的精度损失。这强调了在设计A/D转换器输入电路时，精确匹配和补偿电容的重要性。 总结来说，A/D转换中的常见错误主要包括对输入端电容不正确的管理和补偿，这可能导致测量误差。为了获得准确的转换结果，设计师必须充分理解缓冲器的阻抗转换效应，以及如何通过适当选择和设计电容网络来补偿这些效应。通过细心的电路设计和适当的电容配置，可以有效地避免这些错误，从而提高A/D转换的精度和可靠性。