使用运放来驱动高精度ADC

大多数高精度模数转换器 (ADC) 都没有高阻抗输入。 输入信号直接通过一个开关连接到一个采样电容器。 这种负载存在一些有趣的挑战。

有人试图通过直接连接一个电位计到输入来验证其 ADC 的运行，如 图 1 所示。这样做的结果通常让人失望，因为获得的结果并不理想。这种情况下，在 ADC 输入上看到的信号呈现出巨大的峰值，因为大输入阻抗从采样电容器吸取电流，从而导致对电容器充电需要大量的电流。如果在转换器的采集时间 t _ACQ 内稳定下来，便不会出现问题。但是，如果没有在 t _ACQ 内稳定到 0.5 最低有效位 (LSB) 以下，则会损耗精度。

图 1 高源阻抗会引起精度损耗

图 2 显示了驱动一个高精度 ADC 的建议电路。C _SH 为 ADC 内部的采样电容，而 R _SW 为采样开关的导通电阻（通常低到可以忽略不计）。转换器的采集时间 t _ACQ 期间，采样开关关闭。

图 2 驱动高精度 ADC 的建议电路

外部 C _FLT 用于提供充电 C _SH 所需的瞬时电流，其必须至少为 20x C _SH 。一般而言，1nF 较为合适。R _FLT 用于阻止驱动运算放大器承受纯电容性负载。这样，R _FLT 和 C _FLT 构建起一个时间常量为 τ = R _FLT C _FLT 的 RC 电路。

为了保证所有一切都及时稳定以获得精确的信号采集，t _ACQ 必须为 ≥ k τ，其中k = ln(2 ^(N+1) )。K 为一个 N 位转换器稳定至 0.5LSB 要求的时间常量值。由此，您可以确定最大值 τ，以及 R _FLT 的值。

选择驱动运算放大器的关键参数是其单位增益带宽，其必须为 4(1/(2πR _FLT C _FLT )) 以足够快地稳定。一些设计人员通常会忘记这个要求，可能选择一款比要求慢得多的运算放大器，从而得到令人失望的结果。

作者：Rick Downs，德州仪器 (TI) 高精度模拟应用工程经理
来源：德州仪器