模数转换器外围电路的设计方法

目前市面上的ADC，除了少数带有放大电路外，大多数都没有这样的结构，一般A/D转换系统的模拟输入信号比较小，通常需要用模拟放大器来提高输入电压。该ADC的输出为数字电路，它与后续电路连接时所需的数据线可分为并行接口和串行接口。

数字模数转换器ADC。关于ADC，BTA41-600BRG边肖在以前的文章中已有介绍，如管道ADC的优缺点，管道ADC的结构分析等等。为使人们更好地了解模数转换器，本文介绍模数转换器外围电路的设计方法。若您对Model转换器或本文所解释的内容感兴趣，请继续阅读下去。

当采用ADC芯片时，由于型号的多样性，ADC的性能有其自身的局限性，所以要使ADC能够适应现场的需要，满足后续电路的要求，就必须设计ADC的外围电路。ADC外围电路设计一般包括模拟电路、数字电路和电源电路等。

模拟电路的设计与实现

1.前置放大电路设计

目前市面上的ADC，除了少数带有放大电路外，大多数都没有这样的结构，一般A/D转换系统的模拟输入信号比较小，通常需要用模拟放大器来提高输入电压。仿真放大器一般是集成运放，仪表放大器，或隔离放大器。采用模拟放大器时，要考虑带宽和放大器精度。当选用运算放大器时，带宽和精度都比选用ADC高。

仿真放大器不仅能对模拟输入信号进行放大，而且具有阻抗变化作用。由于ADC的输入电阻比较小，信号源的内阻比较大，因此需要选择高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，有时可加入电压跟随器以提高输入阻抗，以达到匹配的目的。

2设计了采样保持电路

在转换过程中，采样保持电路能够保持ADC转换器的电压不变，因此，对于没有采样保持电路的ADC，在模拟输入前需要增加采样保持电路。对于模数转换系统，在选择采样保持装置时，应注意采集时间和上位率的选择，因为这直接关系到整个系统的性能。捕捉时间实质上是采样保持器采样阶段所需的时间，它应与ADC转换时间相匹配。过度简化会影响ADC的转换速度，并且很容易导致功能混乱或数据丢失。

采样保持电路在ADC转换期间进入保持阶段。采样保持电路一般依赖电容来维持电压。在采样保持电路中，由于电容、采样开关中的漏流和偏置电流的影响，所保持的模拟电压随时间的延长而下降(或上升)，下降速率是采样保持电路中的最高速率。若峰值过高，将影响转换精度。最大速率和捕获时间不仅与采样保持电路有关，还与外部保持电容有关。提高电容可以降低顶部速度，但是捕获时间会增加，需要综合考虑。对模拟输入电压变化较慢的系统，可不采用采样保持电路，一般不采用模拟输入电压变化不超过1/2LSB的情况。

1.3设计了多路开关

同时，它也是ADC的主要外设之一。在设计时应注意以下几个问题：实际上一些ADC的输入电阻很小，模拟多开关并非理想开关，导通电阻较大，因此ADC与模拟多开关的阻抗不匹配，会影响整个系统的工作精度，因此不容忽视。这时，可在多个开关和ADC之间增加一个高输入阻抗的电压跟踪器；此外，模拟多路开关有漏电流，每个开关并联。在切换时间长的情况下，不能忽略漏电流。此时，可采用分层模拟开关解决这一问题；在多通道数据采集系统中，通道切换时，模拟电压会出现阶跃变化，阶跃变化稳定后，采样保持电路应进入采样阶段；采用分级流水线结构的ADC和∑△ADC的输出数据滞后，需要充分考虑到转换器外围电路的稳定时间要求和ADC对多路开关阶跃变化的响应时间要求。

数字外围电路的设计与实现

该ADC的输出为数字电路，它与后续电路连接时所需的数据线可分为并行接口和串行接口。

2.1并行接口电路设计

大多数ADC的数据输出具有并行接口，可方便地与低层电路(微处理器等)的数据总线连接。快速的数据传送。通常ADC的数据总线有8位和16位，但是一般10-16位ADC可以通过16位接口直接连接到16位微处理器，或者8位接口连接到8位微处理器。除数据线外，并行接口还需要大量的控制信号线和状态信号线，如启动开关信号线，读/写信号线，芯片选择信号线等。不同的ADC芯片采用不同的接口方式，要想设计出满足时序要求的接口电路，就必须确定具体的信号定义和时序，以及采用单片机的总线时序。

2.2接口的串行电路设计

串口只需要一条双向数据线，或两条数据线，以及几条传输方向相反的控制线。这就大大减少了芯片上的插针数量，从而简化了整机布线。在实际应用中，大多数单片机都有串行接口，这使得ADC使用串行数据输出非常方便。但这种传输方式速度慢、效率低，而且串行传输率随芯片工作频率的增加而增加。常用的串行接口有通用的异步收发器，串行外部接口，I2C总线等。针对具体情况采取相应的设计方法。