A/D转换器输入端的连接误区与解决方案

"本文主要探讨了A/D转换器输入端的正确理解和常见问题，强调了错误连接可能导致的测量误差。文章以一个简单的A/D转换器和集成采样保持(S/H)电路的应用实例作为起点，解释了采样保持电路的工作原理，并分析了实际电路中缓冲器的非理想特性如何影响A/D转换结果。文中通过等效电路模型揭示了采样过程中输入电压下降的原因，并提供了计算电容大小以减少压降的方法。" A/D转换器是嵌入式系统中关键的组成部分，用于将模拟信号转换为数字信号。在设计中，正确理解和连接A/D转换器的输入端至关重要，因为错误的连接可能导致测量值偏离实际，从而影响系统的精度和性能。 图1展示了一个包括A/D转换器和采样保持电路的简单应用，其中的采样保持电路由一个闭合开关和采样电容组成，同时使用一个模拟缓冲器来保护外部电路。尽管看似无误，但实际运行中，缓冲器的非理想特性（即作为一个阻抗变换器）会导致输入端电压下降。这是因为缓冲器的输入端电容与其输出端电容有关，当采样电容与输入端电容并联时，输入电压会下降。 为了更好地理解这个问题，可以使用图2所示的等效电路进行分析。在采样期间，外部电容（CT+CP）与采样保持电容（CX）并联，导致输入电压下降。若外部放大器无法快速响应这种变化，输入电压的降低将更加显著。计算表明，输入电压可能下降到95%，这显然会影响A/D转换的准确性。 为减小这种压降，可以通过增加连接到A/D转换器输入端的电容来实现。文章提供了一个计算公式，说明了为使压降低于A/D转换器的1/2 LSB，所需的最小电容。以12位A/D转换器为例，如果电容变化为0.5pF，那么输入端至少需要4nF的电容来确保压降小于1/2LSB。 遗憾的是，A/D转换器的数据手册往往没有提供足够的信息来精确计算这些参数。设计师需要根据实际应用环境和设备的规格来估算合适的电容值，以确保测量的准确性和系统的稳定性。 理解A/D转换器输入端的工作机制，以及如何优化其连接以避免测量误差，是成功实施嵌入式系统设计的关键。通过仔细考虑电路的等效模型和缓冲器的非理想特性，可以有效地改善A/D转换的性能，从而提升整体系统的精度。