搜索高速AD/DAC的測(cè)量及設(shè)計(jì)問(wèn)題解答
2016-12-25 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
高速ADC和DAC是現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通訊系統(tǒng)或雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。下面分別介
紹高速ADC和高速DAC的測(cè)試指標(biāo)、測(cè)試系統(tǒng)搭建和指標(biāo)計(jì)算方法。
1、ADC的主要參數(shù)
ADC的主要指標(biāo)分為靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)2大類(lèi)。
靜態(tài)指標(biāo)主要有:
? Differential Non-Linearity (DNL)
? Integral Non-Linearity (INL)
? Offset Error
? Full Scale Gain Error
動(dòng)態(tài)指標(biāo)主要有:
? Total harmonic distortion (THD)
? Signal-to-noise plus distortion (SINAD)
? Effective Number of Bits (ENOB)
? Signal-to-noise ratio (SNR)
? Spurious free dynamic range (SFDR)
2、ADC的測(cè)試方案
要進(jìn)行ADC這些眾多指標(biāo)的驗(yàn)證,基本的方法是給ADC的輸入端輸入一個(gè)理想的信號(hào),然后對(duì)ADC轉(zhuǎn)換以后的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析,因此,ADC的性能測(cè)試需要多臺(tái)儀器的配合并用軟件對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析。下圖是一個(gè)典型的ADC測(cè)試方案:
圖1 典型的高速ADC測(cè)試系統(tǒng)方案
3、ADC測(cè)試結(jié)果的分析
ADC的靜態(tài)指標(biāo)是對(duì)正弦波的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行幅度分布的直方圖統(tǒng)計(jì)間接計(jì)算得到,如下圖所示,理想正想波的幅度分布應(yīng)該是左面的形狀,由于非線(xiàn)性等的影響,分布可能會(huì)變成右邊的形狀,通過(guò)對(duì)直方圖分析可以得出靜態(tài)參數(shù)的指標(biāo)。
圖2 ADC靜態(tài)指標(biāo)分析方法
ADC的動(dòng)態(tài)指標(biāo)是對(duì)正弦波的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT頻譜分析間接計(jì)算得到。一個(gè)理想的正弦波經(jīng)A/D采樣再做頻譜分析可能會(huì)變成如下圖的形狀,除了主要的正弦波分量以外還產(chǎn)生了很多噪聲、諧波和雜散,通過(guò)對(duì)這些分量的運(yùn)算,可以得到ADC的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
圖3 ADC動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算公式
4、DAC的主要參數(shù)
DAC的作用是和ADC相反,是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量,雖然有模擬和數(shù)字的區(qū)別,但是DAC要測(cè)試的主要指標(biāo)與ADC類(lèi)似,也分為靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)2大類(lèi)。
靜態(tài)指標(biāo)主要有:
? Differential Non-Linearity (DNL)
? Integral Non-Linearity (INL)
? Offset Error
? Full Scale Gain Error
? Conversion Rate
? Settling Time
? Rising/Falling Time
動(dòng)態(tài)指標(biāo)主要有:
? Total harmonic distortion (THD)
? Signal-to-noise plus distortion (SINAD)
? Effective Number of Bits (ENOB)
? Signal-to-noise ratio (SNR)
? Spurious free dynamic range (SFDR)
5、DAC的測(cè)試方案
對(duì)于DAC來(lái)說(shuō),測(cè)試方法正好和ADC相反,是在輸入端加數(shù)字激勵(lì)信號(hào),在模擬輸出端測(cè)試其輸出性能的指標(biāo)。下圖是一個(gè)DAC的測(cè)試方案:
圖4 典型的高速DAC測(cè)試系統(tǒng)方案
6、DAC測(cè)試結(jié)果的分析
對(duì)于DAC來(lái)說(shuō),測(cè)試不同參數(shù)碼型發(fā)生器發(fā)出的數(shù)據(jù)是不同的,所用的分析儀器也不同。
1、用碼型發(fā)生器發(fā)出數(shù)值順序從0至(2^n-1)的階梯波,每增加一個(gè)數(shù)值,用萬(wàn)用表測(cè)量一下相應(yīng)DAC輸出端的電壓。測(cè)量出每個(gè)數(shù)字輸入值對(duì)應(yīng)的真實(shí)模擬輸出量后就可以得出INL、DNL、Gain Error、Offset Error等信息。
2、用碼型發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)值從0至(2^n-1)來(lái)回跳變的三角波,逐漸增加碼型發(fā)出速度,直至模擬輸出低于剛才的滿(mǎn)量程范圍1LSB。通過(guò)這種方法可以判斷DAC的Conversion Rate。
3、用碼型發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)值從0至(2^n-1)的階躍脈沖,用示波器測(cè)量輸出波形的Settling Time、Rising/Falling Time等參數(shù)。
4、對(duì)于動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試,是預(yù)先在碼型發(fā)生器里放入一組正弦波的數(shù)字波形,然后送給DAC轉(zhuǎn)換成真正的模擬正弦波信號(hào),用頻譜儀對(duì)波形的諧波失真、雜散、噪聲等做分析。計(jì)算公式同ADC。
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(wèn)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(wèn)題,一般在高速ADC的數(shù)據(jù)手冊(cè)中都會(huì)有一章來(lái)介紹多片同步問(wèn)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(lái)確定您選擇的ADC能否符合您的要求.
3.如何對(duì)流水線(xiàn)結(jié)構(gòu)ADC進(jìn)行校準(zhǔn)?需要校準(zhǔn)哪些參數(shù)?
一般來(lái)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?huà),一般需要加一個(gè)溫度傳感器,然后利用查表的方式來(lái)補(bǔ)償。
4.對(duì)ADC和DAC周?chē)牟季€(xiàn)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(xiàn)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(wèn)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(kāi),最后在芯片下方連接在一起。
其他的布局布線(xiàn)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(lái)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(lái)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(kāi)關(guān),那么這個(gè)開(kāi)關(guān)總是存在一些電阻的,必然引起一些誤差,那么我想問(wèn)一下有沒(méi)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(kāi)關(guān)比如ADG14**系列。如果是開(kāi)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(kāi)關(guān),同時(shí)注意開(kāi)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(guò)說(shuō)明當(dāng)中的幾種校準(zhǔn)方式,都沒(méi)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(shuō)如果有5bit碼在跳就是正常的。
8.請(qǐng)問(wèn)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(wèn)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(kāi)關(guān)?另,對(duì)模擬切換開(kāi)關(guān)的選擇有什么要求,要關(guān)注哪些參數(shù)。
我們沒(méi)有16bit和16通道的ADC,您可以選擇用兩片AD7689,16bit 8通道?；蛘哌x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(lái)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(wèn)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(lái)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(wèn)怎樣才能降低相鄰?fù)ǖ老嗷ラg的干擾?
在布局布線(xiàn)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(wèn)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(mǎn)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(wèn)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(lèi)很多,最好把詳細(xì)的指標(biāo)要求列出來(lái),這樣比較容易找。
2)ADC的量化噪聲是固有的,沒(méi)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(xiàn)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(wèn)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(wèn)題,一般來(lái)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(lái)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(zhuān)家能說(shuō)說(shuō)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(méi)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(xiàn)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(wèn)題。尤其對(duì)于LVDS接口的ADC,盡量保證一對(duì)信號(hào)的布線(xiàn)等長(zhǎng)等距,放置端接電阻。這方面的布局布線(xiàn)最好是參考評(píng)估板來(lái)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(chēng)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(méi),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(lái)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(lái)比較兩種同類(lèi)ADC的差異,這種評(píng)估方法科學(xué)嗎?有沒(méi)有更科學(xué)的方法?有沒(méi)有具體的文檔?
實(shí)際上對(duì)于高速ADC來(lái)說(shuō),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(lái)評(píng)估SNR。而對(duì)于高精度的ADC來(lái)說(shuō)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(kāi)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(kāi)關(guān)電源來(lái)供電。
22.請(qǐng)問(wèn)使用高功效開(kāi)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(méi)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(kāi)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,我們?cè)诰W(wǎng)站上有一個(gè)軟件可以直接幫助您計(jì)算阻抗匹配的,請(qǐng)看如下鏈接:http://www.analog.com/en/tools-software-simulation-models/resources/amplifiers-and-comparators/differential-amplifiers/index.html
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(wú)限陡峭,但實(shí)際上沒(méi)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(lái)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(lái)防止噪聲引入。
28.請(qǐng)問(wèn)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(wèn)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(lái)越普及,數(shù)模轉(zhuǎn)換器在視頻方面會(huì)不會(huì)無(wú)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(méi)有請(qǐng)仔細(xì)檢查ADUC841的數(shù)據(jù)讀取程序。
33.請(qǐng)問(wèn)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(lái)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(lèi)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(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。
34.AD7710使用時(shí),噪音過(guò)高。如何使用說(shuō)明書(shū)當(dāng)中的校準(zhǔn)?在布線(xiàn)過(guò)程當(dāng)中如何做比較合適?
建議參考芯片的評(píng)估板來(lái)做Layout設(shè)計(jì)。
35.請(qǐng)問(wèn)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(méi)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(jiàn)AN-835上面的介紹。
38.有什么辦法可以減少開(kāi)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(kāi)。如果還不行,只能加低噪聲的LDO。
39.如果ADC的傳遞函數(shù)線(xiàn)形度比較差,如何進(jìn)行校準(zhǔn),有沒(méi)有通過(guò)驗(yàn)證比較科學(xué)的方法?是否可以舉例說(shuō)明?
一般情況下都是做線(xiàn)性校正的,如果校正后還不能滿(mǎn)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(wèn)在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,我們?cè)鯓觼?lái)確定采樣率和存儲(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(lái)決定。
42.請(qǐng)問(wèn)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(guò),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(wèn)如何減小截?cái)嗾`差和增益誤差?
對(duì)一個(gè)特定的ADC來(lái)說(shuō),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(guò)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(xiàn)是否合理。
47.開(kāi)關(guān)電源的地是否需要和ADC的模擬地分開(kāi)嗎 ?
ADC的模擬地通過(guò)一點(diǎn)接入開(kāi)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(wèn)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(méi)辦法消除?
因?yàn)椴蓸硬皇抢硐?而是無(wú)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(hù)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(kāi),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(wèn)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(mǎn)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(huà),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(méi)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(zhuān)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(jiàn)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(guò)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(lái)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(wèn)題?
一般來(lái)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。
61.在高速模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí),是不是不能以芯片內(nèi)部的參考電壓為準(zhǔn),都需要外部參考,有沒(méi)有可能芯片內(nèi)部參考電壓也達(dá)到一般外部參考那么穩(wěn)定?
使用內(nèi)部參考電壓,由于參考電壓在ADC轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)sink/source電流,這會(huì)影響ADC的電源電壓,進(jìn)而影響ADC的SNR。一般系統(tǒng)精度要求很高的場(chǎng)合常使用外部參考。
62.目前ADI公司的ADC芯片中,分辨率高于14bit,最高速率能達(dá)到多少?雙通道,分辨率高于14bit,最高速率能達(dá)到多少?
14bit的ADC最高為150MSPS?？梢缘揭幌戮W(wǎng)址來(lái)搜索。http://www.analog.com/dynamic/parametric/scResultsDisplay.asp?SearchType=PSS&ProductLine=ADC&la=en
63.傳遞函數(shù)不連續(xù)(DNL不連續(xù))會(huì)導(dǎo)致什么問(wèn)題?如果應(yīng)用中遇到這個(gè)問(wèn)題,我應(yīng)該如何處理?使用軟件補(bǔ)償嗎?如果不連續(xù),為什么芯片不能從硬件角度去做補(bǔ)償?
DNL不連續(xù)會(huì)導(dǎo)致丟碼,這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有辦法在外部做補(bǔ)償,這是ADC本身的特性。ADI的ADC都是保證沒(méi)有丟碼的問(wèn)題存在的。
64.開(kāi)關(guān)電源對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換出錯(cuò)的影響有多大?開(kāi)關(guān)電源的頻率建議多高最為合理?
你可以加LDO或者LC濾波器減小電源紋波和噪聲。一般ADC的PSRR會(huì)比較高,位數(shù)低的ADC如10bit對(duì)電源要求不高,但高位數(shù)的ADC如16bit對(duì)開(kāi)關(guān)電源要求比較高。開(kāi)關(guān)電源頻率選擇和功率,效率有關(guān)。普通的開(kāi)關(guān)頻率一般選擇為100KHz-300KHz。
65.從信噪比角度來(lái)看,要實(shí)現(xiàn)多路AD,是采用單個(gè)多路AD的芯片實(shí)現(xiàn)?還是用多個(gè)個(gè)單路的AD實(shí)現(xiàn)好?
采用多個(gè)ADC芯片效果會(huì)更好。因?yàn)閱涡酒嗤ǖ赖男酒?通道之間會(huì)有干擾。
66.怎樣判斷轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤是干擾信號(hào)引起的還是轉(zhuǎn)換本身引起的?
對(duì)于高頻的要用高精度的基準(zhǔn)源,高精度的可以將輸入端短路來(lái)測(cè)試ADC本身上的噪聲特性。
67.為了降低高頻干擾,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器后面使用LDO是否有好處?
會(huì)有好處。你可以選擇低噪聲的LDO。
68.那種類(lèi)型的A/D在進(jìn)行布線(xiàn)的時(shí)候,要特別的注意電磁干擾的抑制?有什么好的建議?
一般來(lái)講ADC不需要考慮這個(gè),而是在電源端考慮電磁干擾抑制。如果用到高速的數(shù)字器件或者時(shí)鐘的話(huà),可以考慮加一個(gè)屏蔽罩。
69.陷波器和抗混疊濾波器有什么不同?
陷波器就是將某一頻率下的干擾做足夠的衰減,可以理解為帶阻濾波器,而抗混疊濾波器可以理解為低通濾波器。
70.噪聲混疊是否會(huì)導(dǎo)致ADC的SNR下降?
混疊是由于采樣率<2倍的信號(hào)頻率是產(chǎn)生的,這是會(huì)使得濾波器的設(shè)計(jì)變得困難,從而噪聲的濾除變得困難,SNR也會(huì)受到影響。
71.由LDO向ADC供電改為使用開(kāi)關(guān)電源向ADC供電時(shí),對(duì)EMC性能的影響?
這要看你開(kāi)關(guān)電源的EMC處理情況,如果開(kāi)關(guān)電源EMC/I處理不好,系統(tǒng)就有EMI/C問(wèn)題。由LDO向ADC供電改為使用開(kāi)關(guān)電源向ADC供電可能會(huì)影響ADC的精度。
72.如果測(cè)量的是很低頻率的模擬信號(hào)(小于10Hz),直接單端測(cè)量和將信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)后驅(qū)動(dòng)ADC相比,哪種方式測(cè)量精度會(huì)更高?
你可以直接單端測(cè)量就可以。
73.脈沖模式的A/D時(shí)序控制復(fù)雜嗎?是A/D內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的嗎?
對(duì)于用戶(hù)端來(lái)說(shuō),都是用CPU控制ADC的通信接口,這并不復(fù)雜。
74.為了消除噪聲干擾,如何才能盡量減少AC環(huán)路 ?
布局布線(xiàn)的時(shí)候要盡量考慮信號(hào)線(xiàn)的回流路徑,使得回路面積盡量小。
75.現(xiàn)在想做一個(gè)項(xiàng)目用到16位的高速ADC,但是前端模擬信號(hào)本身的噪聲比較大,會(huì)浪費(fèi)掉3~4位的精度,為此你們覺(jué)得選擇16位的ADC有必要嗎?
如果輸入信號(hào)本身的噪聲只要12位,而且無(wú)法通過(guò)處理來(lái)降低噪聲,那么就不要使用16bit的ADC。
76.一般ADC封裝上都有很多模擬電源引腳,比如AD7656就有8個(gè)AVcc,在設(shè)計(jì)PCB時(shí),如何把他們連接到電源上?
最好是有一層電源平面,就近將AVCC接到電源上,注意電容的分布。新設(shè)計(jì)建議使用AD7656-1,與AD7656相比,-1電源引腳上需要的電容較少。
77.專(zhuān)家是否能推薦幾款低溫漂的Rail-to-Rail的高精度運(yùn)算放大器呢?
AD8628、AD8638
78.現(xiàn)在的系統(tǒng)中很多都是單一的開(kāi)關(guān)電源供電,那么對(duì)于系統(tǒng)中ADC、DAC的數(shù)字電源、模擬電源、數(shù)字地、模擬地,要如何處理?
數(shù)字電源可以通過(guò)一個(gè)磁珠后從模擬電源引出。如果允許,盡量使用分離的電源芯片為模擬和數(shù)字電源供電。
79.有些ADC會(huì)在時(shí)鐘輸入端加入高頻抖動(dòng)源,這樣做能夠提升adc的有效位數(shù)么?
可以用單電源供電,但要注意AD620的Reference需要接到0.5的電源電壓處。
80.請(qǐng)問(wèn)采樣時(shí)如何才能避免信號(hào)的丟失?
只能通過(guò)提高采樣率或?yàn)V波。
81.如何區(qū)分干擾是從前端進(jìn)去的?還是從電源進(jìn)去的?
對(duì)于高精度的應(yīng)用,可以把輸入端短路來(lái)測(cè)輸出,如果干擾依然不變,就應(yīng)該是電源和參考等引起的。
82.高速ADC和低速ADC在干擾的處理上有什么不同嗎?
相同的是加入去藕電容來(lái)消除干擾。layout可能有些不同,高速ADC一般采樣地平面,就近接地,低速一般是數(shù)字地模擬地分開(kāi),單地接地。
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