在您努力想要找到正確的電壓參考設(shè)計(jì)時(shí),，高分辨率混頻信號(hào)器件會(huì)帶來(lái)一個(gè)有趣的挑戰(zhàn),。盡管沒(méi)有一款適合所有電壓參考設(shè)計(jì)的通用解決方案,，但是圖1所示電路還是為您的16 位以上的轉(zhuǎn)換器提供了一款不錯(cuò)的解決方案,。
圖1 16 位以上ADC電壓參考電路
高分辨率轉(zhuǎn)換器存在的一些問(wèn)題是電壓參考噪聲,、穩(wěn)定性,，以及該參考電路驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器電壓參考引腳的能力,。R1,、C2 和C3 無(wú)源濾波器隨電壓參考噪聲急劇下降,。這種低通濾波器的轉(zhuǎn)角頻率為1.59Hz。該濾波器可減少寬帶噪聲和極低頻噪聲,。附加R-C 濾波器使噪聲水平降至20位ADC的可控范圍以?xún)?nèi),。這一結(jié)果令人鼓舞。但是,，如果電流受到拉力,，從ADC 參考引腳流經(jīng)R1，則壓降會(huì)破壞轉(zhuǎn)換,，因?yàn)槊總€(gè)位判定(bit decision) 都有一次壓降（請(qǐng)參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1）,。
圖1 所示電路圖有一個(gè)運(yùn)算放大器(op amp),，旨在“隔離”C2、R1 和C3 低通濾波器,，并為ADC 的電壓參考引腳提供足夠的驅(qū)動(dòng)力,。25℃時(shí)，CMOS 運(yùn)算放大器(OPA350) 的輸入偏置電流為10 pA,。這一電流與R1（10 kΩ）共同產(chǎn)生一個(gè)100 nV 的恒定DC 壓降,。這種水平的壓降不會(huì)改變23 位ADC 的最終位判定。運(yùn)算放大器的輸入偏置電流隨溫度變化而改變,，這是實(shí)際情況,，但在125℃溫度下您可以預(yù)計(jì)一個(gè)不超過(guò)10 nA 的最大電流值，其在100℃溫度范圍產(chǎn)生100 μV的變化,。
我們需要將R1 的這種壓降考慮進(jìn)來(lái),。該壓降會(huì)增加電壓參考器件的誤差。假設(shè)電壓參考電路的初始誤差為±0.05%,，且誤差溫度為3 ppm/℃,。參考電壓為4.096伏時(shí)，室溫下初始電壓參考誤差等于2.05 mV,，125℃時(shí)增加1.23 mV,。圖1 所示電路中，隨著運(yùn)算放大器偏移和輸入偏置電流誤差的變化,，參考電壓器件占主導(dǎo)地位,。連接至圖1 所示電路的ADC，承受的誤差是參考電壓,、R1 和OPA350（增益誤差）所產(chǎn)生誤差的和,。
運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)一個(gè)10 μF 電容器(C4) 和ADC 的電壓參考輸入引腳。位于C4 上的電荷提供ADC 轉(zhuǎn)換期間所需的電荷,。在A(yíng)D C的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換期間,，C4 容量的大小為ADC 的參考引腳提供一種恒定的電壓參考，其通常具有約2 到50 pF 的輸入電容,。
圖1 所示電路中,，需要注意的最后一點(diǎn)。C4 和運(yùn)算放大器開(kāi)環(huán)輸出電阻(RO) 改變放大器的開(kāi)環(huán)增益(AOL) 曲線(xiàn)時(shí),，您可以對(duì)放大器的穩(wěn)定性做折中處理,。參考文獻(xiàn)2 中的討論說(shuō)明了找出這一問(wèn)題的過(guò)程?；旧隙?，具有較好穩(wěn)定性的電路是改進(jìn)運(yùn)算放大器AOL 曲線(xiàn)和閉環(huán)電壓增益曲線(xiàn)的閉合速率為20dB 的電路。
圖2 圖1 所示OPA350 緩沖頻率響應(yīng)
該穩(wěn)定電路中，極點(diǎn)和零點(diǎn)的頻率位置計(jì)算如下,，其中OPA350 的開(kāi)環(huán)輸出電阻為50Ω (RO),，而C4 (RESR) 的ESR 為2 mΩ。
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參考文獻(xiàn)：
- 《提升混頻信號(hào)電壓參考》,，作者：Baker, Bonnie
- 《只需使用一個(gè)100Ω電阻器》,，作者：Baker, Bonnie