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的可控范圍以內(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AD 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)算放大器開環(huán)輸出電阻(RO) 改變放大器的開環(huán)增益(AOL) 曲線時(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,。基本上而言,，具有較好穩(wěn)定性的電路是改進(jìn)運(yùn)算放大器AOL 曲線和閉環(huán)電壓增益曲線的閉合速率為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