模擬 ADC 的前端

ADC 的 SPICE 模擬

反復(fù)試驗(yàn)的方法將信號(hào)發(fā)送到 ADC 非常耗時(shí)，而且可能有效也可能無(wú)效。如果轉(zhuǎn)換器捕獲電壓信息的關(guān)鍵時(shí)刻模擬輸入引腳不穩(wěn)定，則無(wú)法獲得正確的輸出數(shù)據(jù)。SPICE 模型允許您執(zhí)行的步是驗(yàn)證所有模擬輸入是否穩(wěn)定，以便沒(méi)有錯(cuò)誤信號(hào)進(jìn)入轉(zhuǎn)換器。

讓我們仔細(xì)看看典型的串行偽差分 SAR-ADC，例如ADS8860（圖 1）。

圖 1 ADS8860 是一款偽差分輸入、1 MHz、16 位 SAR-ADC。

該設(shè)備的 TINA-TI Spice 宏模型允許您模擬進(jìn)入轉(zhuǎn)換器的模擬信號(hào)的影響。借助此模型以及 AINP、AINM 和 REF 處的適當(dāng)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)算放大器模型，您可以在進(jìn)入 PCB 之前確定是否可以實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)換。ADC 宏模型的重要性在于它準(zhǔn)確地表征了轉(zhuǎn)換器的輸入端子。驅(qū)動(dòng) AINP、AINN 和 REF 的運(yùn)算放大器還必須準(zhǔn)確地模擬其開(kāi)環(huán)輸出電阻 (Ro)。

讓我們開(kāi)始弄清楚這個(gè)宏模型是如何工作的。轉(zhuǎn)換器宏模型使用 55 pF 采樣電容器分別對(duì)正輸入和負(fù)輸入進(jìn)行采樣。該設(shè)備轉(zhuǎn)換 AINP 和 AINN 處兩個(gè)采樣值之間的電壓差。當(dāng)您查看模擬結(jié)果時(shí)，模型必須在采集周期結(jié)束時(shí)穩(wěn)定到至少半個(gè) LSB。對(duì)于這個(gè) 16 位轉(zhuǎn)換器，半個(gè) LSB 等于 REF / 2 16。

電壓參考引腳 REF 需要在轉(zhuǎn)換過(guò)程中或 CONVST 引腳變?yōu)楦咧岛蟊３址€(wěn)定的電壓（圖 2）。當(dāng) CONVST 為低時(shí)，轉(zhuǎn)換器正在獲取輸入信號(hào)（獲取模式）。SAR-ADC 宏模型具有 1 MHz 時(shí)鐘，并會(huì)產(chǎn)生 CONVST 信號(hào)。電壓參考引腳必須在轉(zhuǎn)換器的整個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)在位轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)穩(wěn)定到半 LSB 電平。

圖2 在這個(gè)具有三線操作的三線時(shí)序圖中，CONVST 用作芯片選擇。

圖 3中ADS8860的 TINA-TI 模型對(duì) AINP 和 AINN 上的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，并在模型的 AINPsmpl 和 AINMsmpl 上顯示結(jié)果。

圖 3 這是 SAR-ADC 的 TINA-TI 宏模型。

在圖 4中，AINP 處的輸入等于 3V，參考電壓等于 4.096V。在測(cè)試輸入信號(hào)的精度時(shí)，設(shè)置ADS8860 TINA-TI 電路以感測(cè)放大器驅(qū)動(dòng)器的輸出 AMP_OUT_sig 與其輸出信號(hào) AINPsmpl 之間的差異。在查看此差異時(shí)，檢查采集時(shí)間結(jié)束時(shí)或 CONVST 引腳升高之前的區(qū)域。驗(yàn)證信號(hào)是否小于半個(gè) LSB。

圖 4 此設(shè)置用于 TINA-TI 電路監(jiān)控模擬和參考輸入?！?/p>

檢查模擬輸入函數(shù)的準(zhǔn)確性后，檢查電壓參考引腳的穩(wěn)定性。在測(cè)量 REF 引腳的準(zhǔn)確性時(shí)，測(cè)量電壓參考輸出 (VF1) 和THS4281放大器輸出 (AMP_OUT_ref) 之間的差異。務(wù)必使用 VERR1 的值消除電壓參考 ( REF5040 ) 和運(yùn)算放大器 ( THS4281 ) 產(chǎn)生的偏移誤差。在執(zhí)行此操作時(shí)，使用 iref1 電流表檢查電流尖峰之前的電壓水平。參考文獻(xiàn) 1 為該模擬提供了很好的深入信息。

結(jié)論

對(duì)于 SAR-ADC 來(lái)說(shuō)，模擬是一件棘手的事情。目前還沒(méi)有完整的轉(zhuǎn)換器模型可以準(zhǔn)確地模擬整個(gè)設(shè)備。您擁有的資源是一個(gè)模擬 SPICE 文件，它可以模擬模擬輸入引腳的穩(wěn)定性。擁有此工具的幸運(yùn)在于，您擁有一個(gè)強(qiáng)大的工具來(lái)解決關(guān)鍵、困難的轉(zhuǎn)換器問(wèn)題之一。