模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）數(shù)據(jù)手冊(cè)和應(yīng)用通常建議使用低源阻抗驅(qū)動(dòng)其輸入。本應(yīng)用筆記解釋了在沒(méi)有緩沖器的情況下使用高阻抗驅(qū)動(dòng)ADC時(shí)可能產(chǎn)生的影響，例如增益誤差增加和失真。

無(wú)窮無(wú)盡的數(shù)據(jù)手冊(cè)和應(yīng)用筆記指示模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）用戶(hù)以低源阻抗驅(qū)動(dòng)ADC。然而，這些指令通常不會(huì)告訴我們?nèi)绻皇褂玫妥杩箷?huì)發(fā)生什么，以及它對(duì)電路性能的影響。本文解釋了模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端高源電阻引起的失真來(lái)源背后的原理和技術(shù)。

通過(guò)查看下面的圖1中的簡(jiǎn)單電路，我們可以開(kāi)始了解高源阻抗效應(yīng)的問(wèn)題。它滿(mǎn)足了使用簡(jiǎn)單的分壓器將±10V信號(hào)縮放至0至5V ADC輸入的常見(jiàn)需求。

圖1.使用簡(jiǎn)單的分壓器調(diào)整ADC輸入。

對(duì)于本電路，進(jìn)入ADC的有效驅(qū)動(dòng)阻抗是戴維寧等效阻抗，回頭看分壓器，等于分壓電阻的并聯(lián)組合。這種有限的輸入電阻充當(dāng)分壓器，ADC的輸入阻抗導(dǎo)致低頻增益誤差，如圖2所示。

圖2.有限輸入阻抗引起的誤差電流和電壓。

除了增益誤差之外，這種有限的輸入電阻還會(huì)引起另外兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)是建立時(shí)間誤差。這是由于采樣電容只允許在采樣周期的一部分（稱(chēng)為采集周期）內(nèi)充電。在此采集期間，由于輸入電阻和輸入采樣電容產(chǎn)生的額外時(shí)間常數(shù)，建立時(shí)間將增加。該誤差可以通過(guò)使用以下公式在采集時(shí)間段內(nèi)使用輸入電容和源阻抗查看RC時(shí)間常數(shù)的建立來(lái)估計(jì)：

沉降比 = 1-e-（收購(gòu)/遙控）

這主要是線(xiàn)性誤差，但可能有一些非線(xiàn)性分量。

第二個(gè)誤差有時(shí)比上面討論的增益誤差更嚴(yán)重，是失真。這種失真的原因可以通過(guò)認(rèn)識(shí)到ADC的輸入電阻和輸入電容產(chǎn)生具有頻率相關(guān)增益誤差的低通濾波器來(lái)理解。失真是由于電容器的正常電壓相關(guān)特性而發(fā)生的，這意味著電容會(huì)隨著施加的電壓而變化。這種特性在半導(dǎo)體工藝技術(shù)中更為明顯。

描述電壓曲線(xiàn)一個(gè)區(qū)域這種變化的公式為：

C = C0× （ 1 + K × V- ），

其中

C0是標(biāo)稱(chēng)電容，V是電容兩端的電壓，

K是半導(dǎo)體工藝和設(shè)計(jì)依賴(lài)常數(shù)。

該電容的典型曲線(xiàn)圖如圖3所示。

圖3.電容器隨施加電壓的變化。

回到圖2，這種電壓相關(guān)的電容導(dǎo)致電容充電所需的電流隨電壓（除頻率外）而變化。該電流通過(guò)ADC驅(qū)動(dòng)阻抗，產(chǎn)生壓降誤差，該誤差再次隨電壓變化。如果該誤差與電壓無(wú)關(guān)，則會(huì)產(chǎn)生線(xiàn)性誤差，如上所述。但是，由于它與電壓有關(guān)，因此會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性誤差。對(duì)于正弦波，此錯(cuò)誤包含諧波。而且，由于該誤差源于電流對(duì)電容充電，因此在直流時(shí)不存在該誤差，并且隨頻率成比例地變大。

對(duì)于一個(gè)ADC，這種誤差的一個(gè)數(shù)量級(jí)的例子是，在500kHz輸入頻率、1kΩ源阻抗和滿(mǎn)量程輸入電壓下，產(chǎn)生70dB的THD。該失真分量將隨阻抗和頻率近似線(xiàn)性變化。例如，輸入頻率和源阻抗組合（5MHz，1kΩ）和（500kHz，10kΩ）將差10倍或20dB，產(chǎn)生50dB的THD。請(qǐng)注意，由于這種效應(yīng)高度依賴(lài)于設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體工藝，因此不同的ADC可能具有完全不同的數(shù)字。因此，這些數(shù)字不應(yīng)應(yīng)用于任何設(shè)計(jì)。

沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法可以確定這對(duì)您的電路有多大問(wèn)題，因?yàn)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/8112/" target="_blank">半導(dǎo)體制造商沒(méi)有指定電壓相關(guān)輸入電容等參數(shù)。最好的建議是遵循制造商的建議，了解滿(mǎn)足所述性能所需的輸入電阻的最大尺寸。始終以盡可能低的阻抗驅(qū)動(dòng)ADC的輸入始終是一種很好的做法。

更好的解決方案是使用在IC上集成上述電阻分壓器的IC產(chǎn)品。對(duì)于這些產(chǎn)品，IC設(shè)計(jì)工程師已考慮和/或補(bǔ)償源阻抗的影響，以確保器件符合其失真規(guī)格。

MAX1159、MAX1189、MAX1132-35和MAX1142-45等經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)的器件可將較高輸入電壓轉(zhuǎn)換為內(nèi)部較低電壓。這些轉(zhuǎn)換器具有各種電源電壓、輸入電壓和分辨率（#位），如下表1所示。