Σ-Δ型ADC输入缓冲器的作用与设计考虑

"ADC上的输入缓冲器" ADC（Analog-to-Digital Converter，模拟到数字转换器）在处理模拟信号转换成数字信号的过程中，输入缓冲器扮演着关键角色。集成在ADC内部的输入缓冲器，如在AD7708/AD7718、AD7709、AD7719、AD7782/AD7783等Σ-Δ型ADC中的设计，旨在解决特定的系统设计挑战。 Σ-Δ型ADC的输入级通常采用开关电容架构，这种结构在稳定状态下具有很高的输入阻抗。然而，当开关切换时，需要瞬时充电电流来对采样电容进行充电，使其达到输入电压。这个电流的大小与采样频率、差分输入电压和电容大小有关，对于高分辨率ADC，平均电流可能会较高，比如AD7719的平均电流约为125nA/V，但在更大PGA（Programmable Gain Amplifier，可编程增益放大器）范围内，如±2.56V以上，电流可能升至1µA/V。 输入缓冲器的主要作用是隔离ADC的开关电容输入级对输入信号源的影响。如果没有缓冲器，ADC的动态负载可能导致外部电阻和电容的值受到限制。过大的R和C值可能导致输入信号无法在采样周期内充分充电输入电容，从而引入增益误差。AD7719可以通过设置MODE寄存器的BUF位，实现无需外部缓冲器的工作模式。在这种模式下，对于特定的电阻和电容组合，如C=100pF时，最大外部电阻可以为110kΩ，保持在15ppm的增益误差范围内。 电阻值的选择对ADC的精度有直接影响。例如，为了达到1ppm的增益误差（对应于20位精度），在320mV的输入范围和100pF的电容条件下，最大电阻可能需要限制在1.3kΩ。值得注意的是，随着温度变化和更高精度要求，允许的最大电阻值会进一步降低。 输入缓冲器的使用还带来了其他优势，例如提高信号带宽、改善信号完整性、降低噪声注入，并确保ADC与信号源之间的阻抗匹配。它还能帮助保护ADC免受电源波动或瞬态电流尖峰的影响，从而维持系统的稳定性。 ADC上的输入缓冲器是实现高精度模拟到数字转换的关键组件，尤其是在Σ-Δ型ADC中，它能有效管理输入电流需求，优化系统性能，并减少对外部组件的限制，从而在设计高分辨率、低噪声的测量系统时提供更大的灵活性。