通過(guò)多路復用，每個(gè)系統可以使用更少的ADC，從而顯著(zhù)節省功耗、尺寸和成本。逐次逼近型ADC(因為其采用逐次逼近型寄存器而常常稱(chēng)為SAR型ADC)具有低延遲特性，很受多路復用系統的歡迎——這些系統要求對滿(mǎn)量程輸入步進(jìn)(最差情況)做出快速響應，而不會(huì )產(chǎn)生任何建立時(shí)間方面的問(wèn)題。 SAR型ADC易于使用，功耗很低，并且尺寸較小。

 

本文重點(diǎn)討論采用高性能精密SAR型ADC的多路復用數據采集系統的重要設計考慮、性能效果和應用挑戰。

 

切換多路復用器的輸入通道時(shí)，ADC驅動(dòng)放大器必須在規定的采樣周期內完成大電壓步進(jìn)的建立。 輸入可能會(huì )從負滿(mǎn)量程變換到正滿(mǎn)量程或從正滿(mǎn)量程變換到負滿(mǎn)量程，因此可能在很短的時(shí)間內產(chǎn)生大輸入電壓步進(jìn)。 為了處理這種步進(jìn)，放大器必須具有寬信號帶寬和快速建立時(shí)間。此外，壓擺率或輸出電流限制會(huì )引起非線(xiàn)性效應。

 

另外，驅動(dòng)放大器還必須解決采集周期開(kāi)始時(shí)SAR型ADC輸入端的電荷再平衡所導致的反沖影響。這可能會(huì )成為多路復用系統輸入建立的瓶頸。通過(guò)降低ADC的吞吐速率，從而延長(cháng)采集時(shí)間并使放大器有足夠的時(shí)間建立至要求的精度，可以緩解建立時(shí)間問(wèn)題。

 

圖1中的時(shí)序圖顯示了輸入幅度發(fā)生滿(mǎn)量程變化時(shí)，如何優(yōu)化每通道建立時(shí)間。ADC的周期時(shí)間通常包括轉換時(shí)間和采集時(shí)間(tCYC = tCONV + tACQ)，在數據手冊中一般規定為吞吐速率的倒數。 轉換開(kāi)始時(shí)，SAR型ADC的容性DAC與輸入端斷開(kāi)，經(jīng)過(guò)很短的開(kāi)關(guān)延遲tS后，便可將多路復用器通道切換至下一通道。這將為所選通道提供最長(cháng)的建立時(shí)間。

 

為了保證最大吞吐速率時(shí)的性能，多路復用系統的所有器件都必須在多路復用器切換與采集時(shí)間結束之間的時(shí)間里在A(yíng)DC輸入端完成建立。多路復用器通道切換必須與ADC轉換時(shí)間正確同步。多路復用系統可達到的吞吐速率等于單個(gè)ADC的吞吐速率除以采樣的通道數。

圖1 多路復用數據采集系統的典型時(shí)序圖

 

有些設計人員利用低輸出阻抗緩沖器處理多路復用器輸入端的反沖影響。SAR型ADC的輸入帶寬(數十MHz)和ADC驅動(dòng)器的輸入帶寬(數百MHz)高于采樣頻率，期望的輸入信號帶寬通常在數十至數百kHz范圍內，因此，多路復用器的輸入端可能需要一個(gè)RC抗混疊濾波器，用以防止干擾信號(混疊)折回到目標帶寬并緩解建立時(shí)間問(wèn)題。 各輸入通道使用的濾波器電容值應根據以下考慮精心選擇：若容值較大，它將有助于衰減多路復用器的反沖，但它也會(huì )降低前一放大器級的相位裕量，使其變得不穩定。

 

為使RC濾波器具有高Q、低溫度系數，并且在變化電壓下具有穩定的電氣特性，建議使用C0G或NP0型電容。應選擇合理的串聯(lián)電阻值，使放大器保持穩定并限制其輸出電流。 R不能過(guò)大，否則在多路復用器反沖后，放大器將不能給電容充電。