为什么要给 ADC 前端增加驱动电路_暗记_旗子

一个电压旗子暗记，如果用两根线传输，且两线电位做相反变革，则此旗子暗记为差分旗子暗记。
一个电压旗子暗记，如果用一根线传输，且默认地线为参考点，则此旗子暗记为单端旗子暗记。

ADC 的输入端类型则稍繁芜一些：

1）单端型：它只有一个输入端 AIN，实际输入旗子暗记为此输入端电压 uIN。

2）全差分型：它有两个完备对称的输入端 AIN+、AIN-，对应的电压为 uIN+、uIN-，则实际输入电压为，uIN+减去 uIN-。

3）伪差分型：它有两个完备对称的输入端 AIN+、AIN-，对应的电压为 uIN+、uIN-，则实际输入电压为，uIN+减去 uIN-。
关键是，AIN+端，许可输入旗子暗记满幅度变革，而 AIN-端，像受陵暴一样，只被许可小幅度变革。

图 1 是常见的两种输入类型转换。
左边将差分旗子暗记转换成单端旗子暗记，适应于单端型 ADC，右边电路将单端旗子暗记转换成差分旗子暗记，适应于后面的全差分 ADC。

有两点把稳：第一，左边电路可以用其余一种方法实现，即将差分旗子暗记的一个端子直接接入单端 ADC。
第二，两个电路中，可以创造，输入都是骑在 0V 上的旗子暗记，而输出都变成了大于 0V 的旗子暗记（骑在某个正电压上），以适应于多数只能接管正电压输入的 ADC。

图1

有些原始旗子暗记，具有一定阻值的输出电阻。
将这样的旗子暗记直接接入 ADC，会带来丈量偏差。
偏差的根源是：

多数 ADC 内部都有采样电容，以实现采样保持功能。
这种 ADC 的内部构造一样平常如图2所示。
它由两组开关，一个采样电容 CSAM，以及后续没有画出的转换电路组成。
ADC 全体事情分为两个阶段(phase)，以下以一个直流电压输入 UI 为例。

图2

1）采样阶段：开关 S1A、S1B 闭合，开关 S2A、S2B 断开，输入旗子暗记通过电阻 RS 给电容充电，以完成对输入旗子暗记的采样。
此时电容电压用 uSAM(t)表示，它将越来越逼近于 UI。
采样阶段持续韶光为 TSAM。

2）转换阶段：采样阶段结束，立即进入转换阶段，此时开关 S1A、S1B 断开，开关 S2A、S2B 闭合，电容上保持有 TSAM 韶光内充电的结果，用 USAM 表示。
后续的转换电路，将对 USAM 履行模数转换。
因此，USAM 是否足够靠近于 UI，就成了转换成败的关键。

USAM 是否足够靠近于 UI，取决于采样韶光 TSAM，以及电阻电容的大小：当 TSAM 远大于阻容韶光常数时，偏差会非常小。

当确定了 ADC 的位数，且哀求由于采样阻容造成的偏差小于0.5LSB，那么采样韶光就必须大于0.69314 × (N + 1) × RSCSAM。

当确定了 ADC 的位数，且哀求由于采样阻容造成的偏差小于0.5LSB，且采样韶光已经确定，那么阻容韶光常数必须小于。

而 ADC 内部的采样电容是确定的，一样平常都是 10pF 数量级。
这就哀求外部串联的源电阻不得大于某个值。
源电阻包括 ADC 内部开关的导通电阻，以及旗子暗记源的输出电阻。
当旗子暗记源内阻较大时，形成是韶光常数可能不知足式(2)哀求，直接接入 ADC 一定会造成采样偏差。
这就须要增加一级驱动电路，比如电压跟随器，以达到旗子暗记输出电阻很小的目的。

当输入被测旗子暗记频率为 fi，那么按照奈奎斯特定律，要想完全采集旗子暗记，采样率 fs 必须大于 2fi。
当采样率小于 2fi 时，一定会涌现混叠征象，即采集的波形中涌现很低的混叠频率。
图3演示了混叠频率的涌现缘故原由。
图中输入旗子暗记为玄色的高频旗子暗记，当采样率小于 2fi 时，我们得到的采样点形成了赤色的波形，其频率不是旗子暗记频率，而是混叠频率，很低。
混叠征象欺骗了我们，因此我们不肯望涌现这种征象。
一旦在数据中涌现混叠频率，后期即便增加软件滤波，也是难以剔除的。

唯一的方法便是让大于 fs/2 的频率旗子暗记，不要涌如今 ADC 的入端，或者这种频率分量在 ADC 入端只有很小的幅度。
因此，增加驱动电路，以滤除或者减小高于 fs/2 的频率旗子暗记，就成为必须。

常见的方法是，给 ADC 入端之前，增加一级截止频率为 fH 的无源低通电路，以实现抗混叠滤波。

图3

抗混叠滤波器的截止频率选择，有如下哀求：

个中，fH≫fsignal，是让有用旗子暗记fsignal只管即便不被侵害。
而fH≪(fs/2)是为了将大于fs/2的旗子暗记只管即便滤除干净。
对付无法实现砖墙式滤波（非1即0式的，小于截止频率，系数为1；大于截止频率，系数为0）的一阶 RC 低通滤波器来说，这是一个抵牾，顾此就会失落彼。
在此情形下，截止频率到底取多少，取决于你到底重视哪一项：你侧重于保护被测有用旗子暗记不被侵害，就只管即便增大截止频率，而你方向于剔除混叠旗子暗记，就只管即便减小截止频率。

这样看起来，fH 像个夹板丈夫，左边是媳妇，右边是母亲……，有时候，严谨呆板的科学设计，也须要一些艺术。

言归正传，旗子暗记在进入 ADC 之前，做必要的低通滤波，以避免混叠征象，是必要的。
低通滤波的截止频率选择，请自己做推敲吧。

一样平常来说，ADC 的价格（几美元到几十美元乃至更高）会高于前端放大器价格。
用廉价的东西保护昂贵的东西，是一个常用的方法。
而 ADC 的前级驱动电路，就可以实现这种保护。

将 ADC 前真个驱动电路，用一个安全的供电电压，就可以实现对 ADC 的电源级保护。
所谓的电源级保护，是指驱动电路的输出，不可能超过电源电压。
这样，只要选择电源电压在 ADC 输入端认可的安全范围内，就可以担保 ADC 的输入端不会超限。

多数 ADC 输入端承受最高电压，便是其电源电压。
因此，将 ADC 的供电电压与前端驱动电路的供电电压，选择成同等的，就可以实现对 ADC 入真个电源级保护。