开关电源在模拟量采集系统中的应用[3]

  这里要指出的是，在上述过程中，运放的电源也会起很大的作用。在运放对电容充电期间，瞬间需要较大的电流，而开关电源的负载响应时间不够，将造成比较大的电源纹波，影响运放的输出。比如采用C1=10Cin=250pF，则当SW从别的通道（假设为-5V）切到AI0通道（假设+5V）时，Cin从-5V切换到C1上的电压+5V，C1迅速给Cin充电，最终电压为（5V×10-5V）/11＝4.09V，运放输出要从5V变到4.09V，R1太小容易带来运放输出稳定性问题，同时也会对运放输出电流带来冲击，影响电源电压。

  特别是在采用电荷泵给运放-VCC提供小的负电源时，电荷泵输出电压随负载增大而降低的特性使得效果更加明显。比较发现，运放采用直流线性稳压电源时，12位的ADC采集结果很稳定，结果变动可达1LSB以下；相比之下，采用电荷泵器件时，如果电荷泵输出没有大的滤波，ADC采集结果晃动可达3LSB。如果增大R1为100Ω时，C1=10Cin，不考虑运放输出电阻时，需要运放输出电流的最大值为（5－4.09）V/100Ω＝9.1mA），小于一般运放的最大输出电流。但R1太大，将明显降低ADC所能采集到的信号频率，在ADC对该通道“跟踪”期间，运放无法完成对C1和Cin充电，使得该次采样与运放输入端电压相差较大，会造成谐波失真。

  解决办法除了前文描述的以外，同时还可以采用以下方法：

  1.运放的正负电源对地除并接一个10～22μF大电容以减少电源纹波外，再并接一个0.1～1μF的小陶瓷电容，以通过0.1～1μF高频去耦电容的作用，避免负载电容的瞬间充电对电源的影响。效果类似于数字芯片电源和地之间加的去耦电容。

  2.增大图2中ADC前端电阻R1，减小运放的输出电流，能起到一定的滤波作用。当然R1大的话，将衰减通过运放的信号。

  开关电源对参考源的影响及解决方法

  有的ADC芯片要外部提供参考源，这时外部参考源的供电，也需要参照前文所述的处理方法，采取在输入端加滤波等措施。同时注意，对连续逼近（SAR）型ADC芯片，如TLC2543芯片，采样、保持后的内部每次电压转换，都需要将采集电压和参考源的1/2、1/4、1/8等组合相比较，以确定相应n位ADC结果的第（n-1）位、第（n-2）位等，参考源的分压是通过电容实现的。

  这样，对应转换每位均需要将参考源VREF通过开关接到相应分压电容上，对参考源而言，将看到一个变化的容性负载，从而产生了上文所说的问题。如果ADC芯片内部没有参考源缓冲电路，而外部参考源的容性负载能力又不够时，需要在外部参考源输出端，串一个缓冲器，再通过一个RC电路接到ADC芯片的参考源输入端。其它处理方法，同上文所述，如在外部参考源的电源端，并接一个10～22μF大电容和一个0.1～1μF的小陶瓷电容等。

  本文小结

  本文虽然针对SAR型ADC进行分析、处理，但其应用原理，对各种ADC都有参考价值。仔细分析各个环节的工作原理，采取一定的对策，就能在模拟量采集系统中，使用廉价的开关电源，而又获得极佳的采集性能。

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