高精度ADC转换设计注意

只看该作者 · 2023-5-30 23:56

该模数ADC转换芯片使用MCP3221，关心的几个重要参数：

（1）分辨率12bit，高精度，满足大多数场合

（2）误差INL : ±2LSB(Integral Nonlinearity：积分非线性) ; DNL : ±1LSB(Differential Nonlinearity：微分非线性) ，主要看微分非线性这个参数

（3）Sampling switch resistor : Rs = 1K (内部采样的开关电阻)

（4）输入范围( VSS-0.3 ~ VDD+0.3 )V

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1、第一个注意

分辨率是12bit(2^12=4096)，误差INL：±2LSB，DNL：±1LSB。为了后续更好的计算，VREF选择4.096V的一个基准电压源，这样INL：±2LSB = ±2mV，DNL：±1LSB = ±1mV，I2C读取到的数据，就不需要进行换算了，读出来的值直接是电压值，单位是mV(如果要换算，就涉及到除法运算，除不尽的时候，就会给结果带进了误差)。

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2、第二个注意

ADC内部采样的开关电阻Rs = 1K，阻抗比较小，所以要求外部的输入阻抗Rss要比这个值小得多，小到认为可以忽略外部的输入阻抗，这样采集到的电压才更精准。

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如何保证输入的阻抗极小呢？

一般在输入前端加运放跟随，做一级隔离缓冲处理，因运放具有输入阻抗极高，闭环时输出阻抗极小的特点。如上图，在MCP3221模拟输入前端加一级运放跟随WS72551EA-5/TR(SOT-23-5)。

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3、此时需要考虑第三个注意

运放的选择，如果要求测试的结果要达到文档上所标注的误差范围在±1mV内，那么选择运放时就有所考虑了，而不是随便选一个运放就行。这里看下WS72551EA-5/TR运放这个参数：

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（1）首先尽量选择较小的失调电压Offset Voltage ，要在uV级别，如果这个参数在mV级别，那么测试结果与实际值会偏差比较大，根本达不到文档所说的 DNL：±1LSB = ±1mV内。

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（2）偏置电流也选小点的，尽量选在pA级别，这样就保证该运放输入的阻抗非常高，比如输入的信号电压5V，其输入阻抗 Z = Vs / IB = 5(V) / 10(pA) = 500GΩ，运放的输入阻抗越高，对前级电路的影响就越可以忽略不计。

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满足以上几个要求，测试出来的精度肯定是跟文档描述的一致。