关于ADC的输入阻抗

最后编辑于: 2022-07-04 12:40  |  分类: 电子  |  标签: ADC   |  浏览数: 1671  |  评论数: 0

为何要关注AD的输入阻抗

例如 如下场景:

比如，SMT32内置的ADC的输入阻抗约为10K，要测量锂电池的电压，通常采用电阻分压的方法，如果外接的分压电阻无法远小于10K，则会因为AD的输入阻抗过小，输入阻抗对信号源信号电压造成分压，导致电压读取误差大。

如外接分压电阻选用远小于10K的电阻，在对功耗有要求的情况下，又不合适。此时可用大阻值电压分压后，使用电压跟随器进行阻抗匹配(电压跟随器输入阻抗高，输出阻抗低)。

根据ADC种类来分别说明一下

对于ADC芯片，在选型时，要留意其类型（SAR型、开关电容型、FLASH型、双积分型、Sigma-Delta型），不同类型的ADC芯片输入阻抗不同:

1. SAR(逐次逼近)型：MCU内置的一般都是这种。这种ADC内阻还可以，一般500K以上。即使阻抗小的ADC，阻抗也是固定的。所以即使只要被测源内阻稳定，只是相当于电阻分压，可以被校正；

2. 开关电容型：如TLC2543之类，其要求很低的输入阻抗用于对内部采样电容快速充电。这时最好有低阻源，否则会引起误差。实在不行，可以外部并联一很大的电容，每次被取样后，大电容的电压下降不多。因此并联外部大电容后，开关电容输入可以等效为一个纯阻性阻抗，可以被校正；

3. FLASH型(直接比较型)：大多高速ADC都是直接比较型，也称闪速型（FLASH），一般都是低阻抗的。要求低阻源，对外表现纯阻性，可以和运放直接连接；

4. 双积分型：这种类型大多输入阻抗极高，几乎不用考虑阻抗问题；

5. Sigma-Delta型：这是目前精度最高的ADC类型，需要重点注意如下问题：

      a. 测量范围问题：SigmaDelta型ADC属于开关电容型输入，必须有低阻源。所以为了简化外部设计，内部大多集成有缓冲器。缓冲器打开，则对外呈现高阻，使用方便。但要注意了，缓冲器实际是个运放。那么必然有上下轨的限制。大多数缓冲器都是下轨50mV，上轨AVCC-1.5V。在这种应用中，共模输入范围大大的缩小，而且不能到测0V。一定要特别小心！一般用在电桥测量中，因为共模范围都在1/2VCC附近。不必过分担心缓冲器的零漂，通过内部校零寄存器很容易校正的；

      b. 输入端有RC滤波器的问题：SigmaDelta型ADC属于开关电容型输入，在低阻源上工作良好。但有时候为了抑制共模或抑制乃奎斯特频率外的信号，需要在输入端加RC滤波器，一般DATASHEET上会给一张最大允许输入阻抗和C和Gain的关系表。这时很奇怪的一个特性是，C越大，则最大输入阻抗必须随之减小！刚开始可能很多人不解，其实只要想一下电容充电特性久很容易明白的。还有一个折衷的办法是，把C取很大，远大于几百万倍的采样电容Cs(一般4~20PF), 则输入等效纯电阻，分压误差可以用GainOffset寄存器校正。

      c. 运放千万不能和SigmaDelta型ADC直连！前面说过，开关电容输入电路电路周期用采样电容从输入端采样，每次和运放并联的时候，会呈现低阻，和运放输出阻抗分压，造成电压下降，负反馈立刻开始校正，但运放压摆率(SlewRate)有限，不能立刻响应。于是造成瞬间电压跌落，取样接近完毕时，相当于高阻，运放输出电压上升，但压摆率使运放来不及校正，结果是过冲。而这时正是最关键的采样结束时刻。所以，运放和SD型ADC连接，必须通过一个电阻和电容连接（接成低通）。而RC的关系又必须服从datasheet所述规则。

      d. 差分输入和双极性的问题：SD型ADC都可以差分输入，都支持双极性输入。但这里的双极性并不是指可以测负压，而是Vi+和Vi-两脚之间的电压。假设Vi-接AGND，那么负压测量范围不会超过-0.3V。正确的接法是Vi+ Vi-共模都在-0.3~VCC之间差分输入。一个典型的例子是电桥。

另外 : 关于ADC的模拟输入前 加上 运放(不论是 基于运放的电压跟随器 还是 直接使用运放来放大信号，本质都是加运放)时的注意事项, 见TI官网的这篇文章https://e2echina.ti.com/blogs_/b/analogwire/posts/51569

上一篇: hc、ac、ls等的区别与意义

下一篇: 射频信号峰峰值vpp与dbm的转换关系