關(guān)于ADC的基本問題分析

1.如何選擇高速模數(shù)轉(zhuǎn)換之前的信號(hào)調(diào)理器件;如何解決多路模數(shù)轉(zhuǎn)換的同步問題?

ADC之前的信號(hào)調(diào)理，最根本的原則就是信號(hào)調(diào)理引起的噪聲和誤差要在ADC的1個(gè)LSB之內(nèi)。根據(jù)這個(gè)目的，可以需要選擇指標(biāo)合適的運(yùn)放。至于多路ADC同步的問題，一般在高速ADC的數(shù)據(jù)手冊(cè)中都會(huì)有一章來介紹多片同步問題，你可以看一下里面的介紹。

2.在挑選ADC時(shí)如何確定內(nèi)部噪聲這個(gè)參數(shù)?

一般ADC都有信噪比SNR或者信納比SINAD這個(gè)參數(shù)，SINAD=6.02*有效位數(shù)+1.76,您可以根據(jù)這個(gè)公式來確定您選擇的ADC能否符合您的要求.

3.如何對(duì)流水線結(jié)構(gòu)ADC進(jìn)行校準(zhǔn)?需要校準(zhǔn)哪些參數(shù)?

一般來講，ADC的offset和gain error會(huì)比較容易校準(zhǔn)。只要外接0V和full scale進(jìn)行采樣，然后得到校準(zhǔn)系數(shù)。另外，如果需要作溫度補(bǔ)償?shù)脑�，一般需要加一個(gè)溫度傳感器，然后利用查表的方式來補(bǔ)償。

4.對(duì)ADC和DAC周圍的布線有哪些建議?

ADC和DAC屬于模擬數(shù)字混合型器件，在布局布線時(shí)最重要的是要注意地分割，即模擬地和數(shù)字地的處理問題。對(duì)于高采樣率的器件，建議使用一塊地。而低采樣率的器件，建議模擬數(shù)字地分開，最后在芯片下方連接在一起。

其他的布局布線規(guī)范與其他器件的是一樣的。

對(duì)于具體的器件，一般會(huì)有評(píng)估板的Layout圖可供參考。

5.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度與噪聲系數(shù)之間有什么必然的聯(lián)系嗎?

低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度用峰峰值分辨率，有效值分辨率來表示。在ADI一些Sigma-delta ADC的芯片資料里都會(huì)列出不同情況下的有效值分辨率指標(biāo)。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度可用SNR，SNOB來表示，這些指標(biāo)也可在資料中找到。

但一般ADC的指標(biāo)中不會(huì)有噪聲系數(shù)(NF)的指標(biāo)。

6.如果采用了外部模擬切換開關(guān)，那么這個(gè)開關(guān)總是存在一些電阻的，必然引起一些誤差，那么我想問一下有沒有什么辦法能減少這些誤差，分別描述一下用硬件的方法與用軟件的方法。

你可以選擇電阻很小的開關(guān)比如ADG14**系列。如果是開關(guān)是做通道切換的，在后級(jí)加一個(gè)運(yùn)放跟隨就可以了。如果是做量程切換，只能選擇電阻很小的開關(guān)，同時(shí)注意開關(guān)的平坦度和溫度漂移參數(shù)，如果系統(tǒng)精度要求很高，那就只能做軟件校正或者選擇可編程放大器如AD8250/1/3等。

7.將AD7710的輸入端與自身的地短接后，再讀取數(shù)據(jù)時(shí)，其AD轉(zhuǎn)換值跳動(dòng)比較大，通過說明當(dāng)中的幾種校準(zhǔn)方式，都沒有解決?頻率已經(jīng)在25Hz上了。不知如何解決?

請(qǐng)確認(rèn)電源和基準(zhǔn)的穩(wěn)定性，在頻率為25Hz，增益為1的條件下，看數(shù)據(jù)手測(cè)上Table II可知其有效值分辨率為21.5bit,那么其實(shí)際的峰峰值分辨率為21.5-2.7=18.8bit，也就是說如果有5bit碼在跳就是正常的。

8.請(qǐng)問ADC的輸入和傳感器相連，如何將傳感器輸出信號(hào)本身的干擾排除?

如果傳感器輸出是共模干擾，需要加儀表運(yùn)放如AD8221/0等濾除。如果是差模干擾，加濾波器就可以濾除。

9.我要設(shè)計(jì)一個(gè)16路的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，每路的采樣率為100K，16BIT，請(qǐng)問一下，我要采用什么樣的AD芯片，另外，AD轉(zhuǎn)換器的輸入通道比較少，要選擇什么樣的外部多路模擬切換開關(guān)?另，對(duì)模擬切換開關(guān)的選擇有什么要求，要關(guān)注哪些參數(shù)。

我們沒有16bit和16通道的ADC，您可以選擇用兩片AD7689，16bit 8通道。或者選擇16：1的ADG1206.要注意導(dǎo)通電阻，注入電荷，導(dǎo)通時(shí)間等。

10.一個(gè)12位的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器能不能降低以及如何降低到8位來使用，因我們的系統(tǒng)精度只需要8位，高了反而有害。

你在讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，只需要讀8bit即可。

11.有一些ADC集成有抗混疊濾波器，請(qǐng)問有什么好處?

一般抗混疊濾波器指的是ADC前端的濾波器，而sigma-delta ADC內(nèi)部會(huì)集成一些陷波器，來實(shí)現(xiàn)工頻50Hz和60Hz陷波，總的好處就是ADC有更好的抗噪聲性能。

12.請(qǐng)問怎樣才能降低相鄰?fù)ǖ老嗷ラg的干擾?

在布局布線時(shí)可以考慮在相鄰?fù)ǖ篱g加地屏蔽。

13.想設(shè)計(jì)高精度校準(zhǔn)儀表，如直流電壓輸出(毫伏級(jí))，能不能推薦幾款芯片?請(qǐng)問怎樣消除伴隨的量化噪聲?如何保證ADC的精度,AD轉(zhuǎn)換的滿量程即是電源電壓,對(duì)于單電源供電,零點(diǎn)的確定和量程都與電源電壓有關(guān),如果電源電壓波動(dòng)勢(shì)必導(dǎo)致轉(zhuǎn)換的誤差,電路中如何解決,特別對(duì)小信號(hào)的采集.請(qǐng)問什么是DAC的輸出靜態(tài)誤差?怎樣提高數(shù)模轉(zhuǎn)換器中電阻或者電流源單元的匹配程度?在給ADC供電時(shí)，數(shù)字地與模擬地之間是否需要串接小電感?

1)ADI的運(yùn)放，儀放產(chǎn)品種類很多，最好把詳細(xì)的指標(biāo)要求列出來，這樣比較容易找。

2)ADC的量化噪聲是固有的，沒辦法消除。

3)ADC的電源對(duì)測(cè)量精度有直接的影響。所以要選擇高精度低噪聲的電源信號(hào)，且在布線的時(shí)候也要注意避免干擾。

4)一般手冊(cè)里會(huì)分別給出zero error，gain error等等，不知道具體問的是哪一個(gè)，或者可以舉一個(gè)具體型號(hào)的例子。

5)這應(yīng)該是DAC內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題，一般來講，我們不關(guān)心內(nèi)部電阻或電流源的絕對(duì)值，只關(guān)心它們之間的比例，現(xiàn)在的工藝可以很好地保證這個(gè)。

6)一般來講，用0歐姆電阻連接就可以了。

14.ADC的內(nèi)部增益越大,其產(chǎn)生的噪聲也越大,專家能說說兩者之間的原理是什么?

ADC內(nèi)部的PGA增益越大，本身PGA的噪聲會(huì)增加，另外ADC輸入噪聲被放大的越多。所以ADC內(nèi)部增益越大，分辨率越小。

15.電源紋波對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影響?

如果ADC有PSRR這個(gè)指標(biāo)，可以使用這個(gè)指標(biāo)去算電源紋波對(duì)ADC的影響。如果沒有，一般基準(zhǔn)源都有這個(gè)指標(biāo)，你可以使用基準(zhǔn)源的PSRR去算對(duì)ADC采樣的影響。

16.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在布線長(zhǎng)度、通信串?dāng)_和匹配電阻等方面是如何設(shè)計(jì)的?

高速ADC會(huì)考慮這些問題。尤其對(duì)于LVDS接口的ADC，盡量保證一對(duì)信號(hào)的布線等長(zhǎng)等距，放置端接電阻。這方面的布局布線最好是參考評(píng)估板來做。

17.ADI產(chǎn)品高速數(shù)模轉(zhuǎn)換最大速度能達(dá)到多少?采樣頻率大了是不是穩(wěn)定性會(huì)下降?

我們的DAC的最大速度能達(dá)到2.5GHZ,它是AD9739電流輸出型的，這不會(huì)影響到穩(wěn)定性。

18.ADC的標(biāo)稱的位數(shù)很高,但是實(shí)際中末尾的幾位會(huì)被內(nèi)部噪聲而淹沒,我在挑選ADC時(shí)如何確定內(nèi)部噪聲這個(gè)參數(shù)?

對(duì)于高精度的ADC，一般來講都會(huì)給出一個(gè)有效分辨率的參數(shù)，也就是器件可以達(dá)到不跳碼的位數(shù)。另外在設(shè)計(jì)中還有考慮電源，參考電壓的噪聲，以及ADC前端調(diào)理電路引入的噪聲。需要把這些噪聲控制在ADC的1個(gè)LSB之內(nèi)。

19.評(píng)估ADC的時(shí)候，因?yàn)樵u(píng)估SNR，比較困難，所以我一般會(huì)考慮評(píng)估在接地時(shí)候的跳碼程度來比較兩種同類ADC的差異，這種評(píng)估方法科學(xué)嗎?有沒有更科學(xué)的方法?有沒有具體的文檔?

實(shí)際上對(duì)于高速ADC來說，應(yīng)該是加一個(gè)高精度的基準(zhǔn)信號(hào)，而后用ADC采樣，再做FFT分析來評(píng)估SNR。而對(duì)于高精度的ADC來說才是您用的辦法，可以參考我們的應(yīng)用筆記AN-835。

20.如何理解壓擺率這個(gè)指標(biāo)?為什么要對(duì)電壓變化率做限制?

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果壓擺率不夠，那么就是實(shí)際的輸出跟不上輸入信號(hào)的變化，這樣對(duì)信號(hào)的處理就會(huì)有失真。

21.開關(guān)電源的紋波對(duì)12位以上的ADC的影響有多大?是否需要為ADC部分單獨(dú)處理電源紋波?

高精度的ADC，比如16位及以上的ADC，不建議使用開關(guān)電源來供電。

22.請(qǐng)問使用高功效開關(guān)穩(wěn)壓器替換傳統(tǒng)的LDO穩(wěn)壓器電源對(duì)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器有沒有負(fù)面影響?對(duì)產(chǎn)品壽命有何影響?

在高速ADC場(chǎng)合，一般對(duì)電源的紋波和噪聲有較高的要求。開關(guān)電源效率比較高，但是有較大的紋波和噪聲，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的精度有影響。而高速場(chǎng)合對(duì)SNR，SFDR要求比較高，所以選擇LDO會(huì)比較好。

23.關(guān)于運(yùn)算放大器的阻抗匹配在設(shè)計(jì)中，需要如何注意?

只有在高速的情況下才需要考慮阻抗匹配，網(wǎng)上有軟件可以直接幫助您計(jì)算阻抗匹配的。

24.電源精度會(huì)導(dǎo)致ADC的精度提不上去嗎?

有可能。具體要看你ADC的位數(shù)和PSRR這個(gè)參數(shù)。如果位數(shù)很低如10bit，你用再低噪聲的電源也只能是10bit精度。但是16bit系統(tǒng)，你如果使用噪聲很大的電源，會(huì)使得系統(tǒng)精度不能達(dá)到16bit。

25.AD前抗射頻干擾濾波器一般應(yīng)當(dāng)達(dá)到什么樣的性能指標(biāo)呢,比如截至頻率,滾降 ?

這取決于您的實(shí)際應(yīng)用，當(dāng)然理想情況下是截至頻率等于有效的輸入信號(hào)，而滾降特性是無限陡峭，但實(shí)際上沒有這樣的濾波器，且越接近理想情況，成本會(huì)越高，要折衷考慮。

26.如何抑制輸入"毛刺"?

加濾波器抑制，或者是對(duì)采樣結(jié)果做數(shù)字濾波。

27.有什么好的建議,使用軟件來提高ADC的精度與位數(shù)?

請(qǐng)注意參考和電源的質(zhì)量，同時(shí)還需要注意layout來防止噪聲引入。

28.請(qǐng)問對(duì)于ECG信號(hào)的AD轉(zhuǎn)換需要有多大的分辨率?可以推薦幾款型號(hào)嗎?

取決于ECG的信號(hào)鏈。如果信號(hào)鏈中為AC隔離，這樣信號(hào)可以被放大很大，比如放大1000倍，這樣ADC的選取12位~16位。如果信號(hào)鏈為DC隔離，這樣信號(hào)不能被放大很多，一般增益為10，這樣ADC的位數(shù)就得選的大些，18位~24位。

ECG產(chǎn)品會(huì)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，即ECG產(chǎn)品最小能分辨多小的信號(hào)，ADC的選取與此也有關(guān)。

29.我設(shè)計(jì)的一個(gè)基于FPGA的DDS系統(tǒng)中使用的芯片是AD9777，請(qǐng)問在電流足夠的情況下，系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)中是否可以將DA芯片與FPGA芯片共用3.3V數(shù)字電源，以達(dá)到簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)的目的?

可以 。

30.隨著數(shù)字視頻信號(hào)應(yīng)用的越來越普及，數(shù)模轉(zhuǎn)換器在視頻方面會(huì)不會(huì)無用武之地，乃至被淘汰?

數(shù)模轉(zhuǎn)換器是不會(huì)被淘汰的，因?yàn)樽罱K都是要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)會(huì)人們能所識(shí)別的模擬信號(hào)。

31.惡劣環(huán)境下(高溫下)，ADC的供電電源怎么設(shè)計(jì)?一般DC-DC很難達(dá)到+85攝氏度，ADI是否有相關(guān)的參考設(shè)計(jì)?

選擇合適的器件，DC-DC能工作在85度，關(guān)鍵是你選擇合適的器件和合適的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)的溫升在其標(biāo)定的范圍，如加風(fēng)扇或者散熱片，多個(gè)器件并聯(lián)提高電源效率等。

32.我在使用ADuC841的A/D時(shí)，采集的數(shù)據(jù)偶爾會(huì)時(shí)零，為什么?如何解決?

這種情況要用示波器監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)，看輸入端是否真的發(fā)生跳變了，如果沒有請(qǐng)仔細(xì)檢查ADUC841的數(shù)據(jù)讀取程序。

33.請(qǐng)問把一個(gè)直流信號(hào)加到轉(zhuǎn)換器輸入端時(shí)，怎樣確定輸出端應(yīng)該出現(xiàn)的數(shù)碼數(shù)目?

一般來講，根據(jù)計(jì)算公式，Vin/Vref=code/2^N. N為ADC的位數(shù)，Vin為輸入電壓，Vref為參考電壓。如果是有負(fù)電壓，需要考慮輸出碼字的類型，比如二進(jìn)制補(bǔ)碼等等。絕大多數(shù)ADC的數(shù)據(jù)手冊(cè)中都會(huì)給出一個(gè)圖來說明這個(gè)問題。

34.AD7710使用時(shí)，噪音過高。如何使用說明書當(dāng)中的校準(zhǔn)?在布線過程當(dāng)中如何做比較合適?

建議參考芯片的評(píng)估板來做Layout設(shè)計(jì)。

35.請(qǐng)問怎樣盡量減小系統(tǒng)噪音對(duì)ADC的影響?

盡量減少輸入噪音(可以差分輸入的ADC)，減小電源噪音。設(shè)計(jì)合適的濾波器等。

36.如何確定溫度對(duì)基準(zhǔn)的影響以及多最終轉(zhuǎn)換精度的影響 ?

基準(zhǔn)芯片資料中會(huì)有相關(guān)溫度對(duì)基準(zhǔn)影響的溫度系數(shù)指標(biāo)，一般為幾個(gè)ppm/°C。

一般ADC芯片資料沒有參考電壓隨溫度變化對(duì)ADC性能影響的測(cè)試參數(shù)。

37.如何實(shí)現(xiàn)對(duì)高速ADC的THD測(cè)試?

實(shí)際中是加一個(gè)高精度的基準(zhǔn)源，而后用ADC采樣，再做FFT分析，具體請(qǐng)見AN-835上面的介紹。

38.有什么辦法可以減少開關(guān)電源的噪聲對(duì)ADC的影響?

加入LC濾波，合理的layout如模擬地?cái)?shù)字地分開。如果還不行，只能加低噪聲的LDO。

39.如果ADC的傳遞函數(shù)線形度比較差，如何進(jìn)行校準(zhǔn)，有沒有通過驗(yàn)證比較科學(xué)的方法?是否可以舉例說明?

一般情況下都是做線性校正的，如果校正后還不能滿足要求，那建議采用分段校正的方法。

40.相對(duì)于單端，差分有很多優(yōu)勢(shì)，但是還是有很多單端的ADC，差分模式有什么弱點(diǎn)嗎?

和單端的輸入相比，外圍的電路相對(duì)復(fù)雜一些。

41.請(qǐng)問在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，我們?cè)鯓觼泶_定采樣率和存儲(chǔ)器帶寬?

采樣率由待處理信號(hào)的頻率決定。存儲(chǔ)器帶寬由采樣率和處理器能力來決定。

42.請(qǐng)問AD前抗射頻干擾濾波器一般應(yīng)當(dāng)達(dá)到什么樣的性能指標(biāo) ?

這取決于您的應(yīng)用，理想情況下就是只讓有效帶寬內(nèi)的信號(hào)通過，但濾波器設(shè)計(jì)很難達(dá)到理想情況，所以要折衷考慮。

43.如果對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換該如何選擇轉(zhuǎn)換器，它的關(guān)鍵性規(guī)格是哪幾個(gè)方面呢 ?

主要是要看您所需要轉(zhuǎn)換的視頻信號(hào)格式，需不需要做色彩空間轉(zhuǎn)換。是普通的并口接口還是HDMI的接口。

44.ADC的輸出延時(shí)主要受什么因素的影響?

這是由ADC的內(nèi)部參數(shù)決定的，具體要看不同型號(hào)的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

45.請(qǐng)問如何減小截?cái)嗾`差和增益誤差?

對(duì)一個(gè)特定的ADC來說，它的Offset誤差和Gain誤差基本是一定的。但是Offset誤差和Gain誤差是可以通過軟件校正消除的。

46.采集的數(shù)據(jù)中總是有錯(cuò)誤的代碼，有何種方法能夠消除此錯(cuò)誤代碼?

要先確定錯(cuò)誤代碼是ADC輸出錯(cuò)誤還是MCU讀取錯(cuò)誤。如果是前者，那得看系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理，布局布線是否合理。

47.開關(guān)電源的地是否需要和ADC的模擬地分開嗎 ?

ADC的模擬地通過一點(diǎn)接入開關(guān)電源輸出濾波電容的地會(huì)減小電源紋波對(duì)ADC的影響。

48.PSRR指標(biāo)指什么?

指的是電源電壓抑制比。

49.最近我鑒定一只雙電源ADC。 我將待測(cè)轉(zhuǎn)換器的輸入端接地， 并 且在LED 指示燈上觀察其輸出的數(shù)碼。 令我非常驚奇的是為什么我所觀察到的輸出數(shù)碼范圍不是我所期望的一個(gè)數(shù)碼?

導(dǎo)致這個(gè)問題的原因有很多種：輸入信號(hào)源的范圍，參考電壓源的值，噪音的影響等等。

50.ADC的量化噪聲為什么沒辦法消除?

因?yàn)椴蓸硬皇抢硐�，而是無限逼近的概念。

51.實(shí)際應(yīng)用中INL、DNL那個(gè)指標(biāo)對(duì)用戶更有意義?

這兩個(gè)指標(biāo)都比較重要。

52.模擬地與數(shù)字地最后的連接方式應(yīng)該是怎么樣的?

盡量將模擬地和數(shù)字地分開，為了避免相互的干擾。但是在高速的ADC應(yīng)用中，數(shù)字和模擬要求共地。

53.我現(xiàn)在需要安裝節(jié)省空間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,認(rèn)為串行式轉(zhuǎn)換器比較適合。為了選擇和使用這種轉(zhuǎn)換器,請(qǐng)問我需要了解些什么?

串行接口的ADC一般轉(zhuǎn)換速度比較低，在10M以下，但是封裝，讀取會(huì)比較方便。你可以先看看你需要的位數(shù)，以低于10M的速度能不能滿足你的要求。另外關(guān)鍵是MCU和ADC的接口，是使用模擬的SPI還是MCU的標(biāo)準(zhǔn)SPI接口。

54.對(duì)ad的時(shí)鐘信號(hào)有什么要求?需不需要做一些溫度、抖動(dòng)方面的補(bǔ)償?

不需要做補(bǔ)償。ADC中內(nèi)部已經(jīng)做了相關(guān)的補(bǔ)償。

55.對(duì)于單板結(jié)構(gòu)，板子上有多個(gè)比如9片ADC的話，本講座是建議ADC跨接模擬地和數(shù)字地?是否意味著要多點(diǎn)接地?

ADC需要接在系統(tǒng)的模擬部分。

56.什么時(shí)候用FPBW，什么時(shí)候用小信號(hào)BW，數(shù)據(jù)手冊(cè)并沒有把所有情況告訴我們。

FPBW與芯片的Slew Rate有關(guān)，當(dāng)要把信號(hào)放大時(shí)，如果Slew Rate跟不上，輸出信號(hào)就會(huì)失真。FPBW = SlewRate/2piVp，Vp為輸出信號(hào)的電壓。

57.請(qǐng)教專家，在采用R、C隔離時(shí)，若R較大會(huì)影響后面的ADC，若C較大會(huì)影響相位，具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該如何選擇呢?

可以考慮在RC濾波后加一級(jí)運(yùn)放做buffer.

58.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中最常見的錯(cuò)誤主要有哪些?如何避免

ADC轉(zhuǎn)換會(huì)受到Noise的影響，如果ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果與理論值大概相等，那么可以通過在同一個(gè)輸入電壓上讀多次轉(zhuǎn)換結(jié)果，將轉(zhuǎn)換結(jié)果平均來得到更為準(zhǔn)確的值。

59.我們要的帶寬為100hz,結(jié)果用的是帶寬為1khz的放大器，如何有效解決抗干擾問題?

一般來講，ADC前端需要加一個(gè)濾波，濾掉把有用帶寬以外的噪聲。

60.影響ADC的重要參數(shù)有哪些?如何在pcb設(shè)計(jì)中避免?

考慮ADC前端的抗混疊濾波器的設(shè)計(jì)，阻抗匹配，輸入輸出的阻抗。