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                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗

                                        發布時間:2025-02-27 來源:亞德諾半導體 責任編輯:lina

                                        【導讀】典型DPD應用模數轉換器(ADC)中集成的緩沖器和放大器通常是斬波型。有關這種斬波實現的例子,可參見AD7124-8 和AD7779數據手冊。需要這種斬波技術來最大程度地降低放大器的失調和閃爍噪聲(1/f ),因為與其他工藝(如雙極性工藝)相比,CMOS晶體管噪聲高,難以匹配。通過斬波,放大器的1/f和失調轉換到較高頻率,如圖1所示。


                                        典型DPD應用模數轉換器(ADC)中集成的緩沖器和放大器通常是斬波型。有關這種斬波實現的例子,可參見AD7124-8 和AD7779數據手冊。需要這種斬波技術來最大程度地降低放大器的失調和閃爍噪聲(1/f ),因為與其他工藝(如雙極性工藝)相比,CMOS晶體管噪聲高,難以匹配。通過斬波,放大器的1/f和失調轉換到較高頻率,如圖1所示。


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗

                                        圖1. 閃爍噪聲(1/f )與斬波


                                        在斬波轉換過程中,開關的電荷注入會引起電流尖峰,進而使施加于ADC輸入端的電壓產生方向不定(流入和/或流出)的下降或尖峰。壓降與連接到ADC輸入段的傳感器的輸出阻抗成比例。


                                        平均電流值

                                        一般而言,數據手冊不會提供電流峰值,因為它難以測量,而且不會增加任何有意義的信息。該信息之所以無意義,是因為緩沖器的斬波頻率高于ADC的輸入信號帶寬。因此,輸入引腳上添加的低通濾波器(用來消除高于奈奎斯特頻率的頻率或信號音,或用來降低耦合噪聲)會對峰值電流進行平均,如圖2所示。

                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗

                                        圖2. 輸入電流與時間的關系


                                        用電流表測量輸入電流,一端連接到VDD/2,另一端連接到ADC的模擬輸入引腳。


                                        如果電流表連接到其中一個電壓軌,由于輸入電壓裕量的關系,測得的電流可能高于數據手冊中的規格值。


                                        輸入電流與輸入阻抗的關系

                                        輸入阻抗規格對精確計算直流誤差沒有幫助,因為與ADC內部輸入阻抗引起的負載效應相比,輸入偏置電流是最主要的貢獻因素。


                                        有兩個規格與輸入偏置電流相關:絕對電流和差分電流。絕對值(IABSOLUTE)是在任意模擬輸入引腳測得的輸入電流。差分輸入電流(IDIFFERENTIAL)是在模擬輸入引腳對之間測得的電流差。這僅適用于差分輸入ADC。


                                        如何計算直流誤差

                                        輸入電流產生一個失調電壓(VOFFSET),后者與連接到輸入引腳的阻抗直接相關。

                                        如圖3所示,產生的失調電壓一般為:


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗

                                        圖3. 漏電流引起的壓降


                                        如果用運算放大器等低阻抗源驅動模擬輸入引腳,誤差將不很明顯。


                                        ADC測得的誤差取決于施加的輸入信號類型,例如是真差分輸入信號還是偽差分/單端輸入信號。


                                        對于真差分輸入信號,假設輸入電阻(R)完全匹配,那么ADC測得的誤差將是由模擬輸入引腳對之間的差分輸入電流引起,如下式所示:


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗


                                        其中,VADC為ADC輸入電壓。


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗

                                        圖4. 差分輸入ADC


                                        如果電阻不是完全匹配,則在差分輸入電流貢獻之外,電阻不匹配也會產生一個誤差。


                                        一般而言,假設電阻容差為1%,那么最差情況下的失調電壓定義如下:


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗


                                        對于偽差分/單端輸入信號,有兩種情況:


                                        • 一個模擬輸入連接到低阻抗源(參見圖5)。誤差定義為:


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗

                                        圖5. 偽差分/單端ADC


                                        • 兩個輸入均連接到高阻抗源(參見圖6)。誤差與使用真差分信號的情況相同。


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗

                                        圖6. 偽差分ADC


                                        交流誤差

                                        交流分量與輸入阻抗規格直接相關。輸入阻抗可以是阻性或容性。若輸入阻抗為容性,則給定頻率下的阻抗計算如下:


                                        計算集成斬波放大器的ADC失調誤差和輸入阻抗


                                        其中:

                                        Zc為輸入阻抗。

                                        CIN為數據手冊給出的輸入電容。

                                        fIN為輸入頻率。

                                        舉個例子,假設有8  pF電容和1  kHz輸入帶寬,則最小輸入阻抗約為20 MΩ。


                                        誤差最小化

                                        為使低通濾波器中電阻不匹配引起的誤差最小,最好使用小電阻和大電容,因為電阻產生的失調和約翰遜噪聲較低。

                                        (來源:亞德諾半導體)


                                        免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理。


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