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单片机开发:关于AD转换设计中的基本问题整理(二)

活动时间:2019-10-10

单片机开发鼎盛合科技分享关于单片机开发中的一些问题及答案整理,帮助了解数据转换器错误及参数,AD转换设计中的基本问题

20.如何理解压摆率这个指标?为什么要对电压变化率做限制? 

举个简单的例子,如果压摆率不够,那么就是实际的输出跟不上输入信号的变化,这样对信号的处理就会有失真。 

21.开关电源的纹波对12位以上的ADC的影响有多大?是否需要为ADC部分单独处理电源纹波? 

高精度的ADC,比如16位及以上的ADC,不建议使用开关电源来供电。 


22.请问使用高功效开关稳压器替换传统的LDO稳压器电源对高速模数转换器有没有负面影响?对产品寿命有何影响? 

在高速ADC场合,一般对电源的纹波和噪声有较高的要求。开关电源效率比较高,但是有较大的纹波和噪声,会对系统的精度有影响。而高速场合对SNR,SFDR要求比较高,所以选择LDO会比较好。


23.电源精度会导致ADC的精度提不上去吗? 

有可能。具体要看你ADC的位数和PSRR这个参数。如果位数很低如10bit,你用再低噪声的电源也只能是10bit精度。但是16bit系统,你如果使用噪声很大的电源,会使得系统精度不能达到16bit。


25.AD前抗射频干扰滤波器一般应当达到什么样的性能指标呢,比如截至频率,滚降 ?

这取决于您的实际应用,当然理想情况下是截至频率等于有效的输入信号,而滚降特性是无限陡峭,但实际上没有这样的滤波器,且越接近理想情况,成本会越高,要折衷考虑。


26.如何抑制输入"毛刺"?

加滤波器抑制,或者是对采样结果做数字滤波。


27.有什么好的建议,使用软件来提高ADC的精度与位数? 

请注意参考和电源的质量,同时还需要注意layout来防止噪声引入。


28.请问对于ECG信号的AD转换需要有多大的分辨率?可以推荐几款型号吗?
取决于ECG的信号链。如果信号链中为AC隔离,这样信号可以被放大很大,比如放大1000倍,这样ADC的选取12位~16位。如果信号链为DC隔离,这样信号不能被放大很多,一般增益为10,这样ADC的位数就得选的大些,18位~24位。ECG产品会有相应的标准,即ECG产品zui小能分辨多小的信号,ADC的选取与此也有关。 


29.我设计的一个基于FPGA的DDS系统中使用的芯片是AD9777,请问在电流足够的情况下,系统电源设计中是否可以将DA芯片与FPGA芯片共用3.3V数字电源,以达到简化电源设计的目的? 

可以 。


30.随着数字视频信号应用的越来越普及,数模转换器在视频方面会不会无用武之地,乃至被淘汰 ?

数模转换器是不会被淘汰的,因为zui终都是要将数字信号转会人们能所识别的模拟信号。 


31.恶劣环境下(高温下),ADC的供电电源怎么设计?一般DC-DC很难达到+85摄氏度,ADI是否有相关的参考设计? 
选择合适的器件,DC-DC能工作在85度,关键是你选择合适的器件和合适的设计,使得系统的温升在其标定的范围,如加风扇或者散热片,多个器件并联提高电源效率等。


32.我在使用ADuC841的A/D时,采集的数据偶尔会时零,为什么?如何解决? 

这种情况要用示波器监测输入信号,看输入端是否真的发生跳变了,如果没有请仔细检查ADUC841的数据读取程序。 


33.请问把一个直流信号加到转换器输入端时,怎样确定输出端应该出现的数码数目? 

一般来讲,根据计算公式,Vin/Vref=code/2^N. N为ADC的位数,Vin为输入电压,Vref为参考电压。如果是有负电压,需要考虑输出码字的类型,比如二进制补码等等。绝大多数ADC的数据手册中都会给出一个图来说明这个问题。 


34.AD7710使用时,噪音过高。如何使用说明书当中的校准?在布线过程当中如何做比较合适? 

建议参考芯片的评估板来做Layout设计。


35.请问怎样尽量减小系统噪音对ADC的影响?

尽量减少输入噪音(可以差分输入的ADC),减小电源噪音。设计合适的滤波器等。  


36.如何确定温度对基准的影响以及多zui终转换精度的影响 

基准芯片资料中会有相关温度对基准影响的温度系数指标,一般为几个ppm/°C。
一般ADC芯片资料没有参考电压随温度变化对ADC性能影响的测试参数。 


37.如何实现对高速ADC的THD测试? 

实际中是加一个高精度的基准源,而后用ADC采样,再做FFT分析,具体请见AN-835上面的介绍。 


38.有什么办法可以减少开关电源的噪声对ADC的影响? 

加入LC滤波,合理的layout如模拟地数字地分开。如果还不行,只能加低噪声的LDO。


39.如果ADC的传递函数线形度比较差,如何进行校准,有没有通过验证比较科学的方法?是否可以举例说明? 

一般情况下都是做线性校正的,如果校正后还不能满足要求,那建议采用分段校正的方法。 


40.相对于单端,差分有很多优势,但是还是有很多单端的ADC,差分模式有什么弱点吗? 

和单端的输入相比,外围的电路相对复杂一些。 


41.请问在高速数据采集系统设计中,我们怎样来确定采样率和存储器带宽?

采样率由待处理信号的频率决定。存储器带宽由采样率和处理器能力来决定。 


42.请问AD前抗射频干扰滤波器一般应当达到什么样的性能指标 ?

这取决于您的应用,理想情况下就是只让有效带宽内的信号通过,但滤波器设计很难达到理想情况,所以要折衷考虑。 


43.如果对视频信号进行数模/模数转换该如何选择转换器,它的关键性规格是哪几个方面呢 ?

主要是要看您所需要转换的视频信号格式,需不需要做色彩空间转换。是普通的并口接口还是HDMI的接口。 


44.ADC的输出延时主要受什么因素的影响? 

这是由ADC的内部参数决定的,具体要看不同型号的数据手册。 


45.请问如何减小截断误差和增益误差? 

对一个特定的ADC来说,它的Offset误差和Gain误差基本是一定的。但是Offset误差和Gain误差是可以通过软件校正消除的。


46.采集的数据中总是有错误的代码,有何种方法能够消除此错误代码? 

要先确定错误代码是ADC输出错误还是MCU读取错误。如果是前者,那得看系统的设计是否合理,布局布线是否合理。 


47.开关电源的地是否需要和ADC的模拟地分开吗 ?

ADC的模拟地通过一点接入开关电源输出滤波电容的地会减小电源纹波对ADC的影响。


48.PSRR指标指什么?

指的是电源电压抑制比。 


49.zui近我鉴定一只双电源ADC。 我将待测转换器的输入端接地, 并 且在LED 指示灯上观察其输出的数码。 令我非常惊奇的是为什么我所观察到的输出数码范围不是我所期望的一个数码? 

导致这个问题的原因有很多种:输入信号源的范围,参考电压源的值,噪音的影响等等。 


50.ADC的量化噪声为什么没办法消除?

因为采样不是理想,而是无限逼近的概念。


51.实际应用中INL、DNL那个指标对用户更有意义?

这两个指标都比较重要。


52.模拟地与数字地zui后的连接方式应该是怎么样的?

尽量将模拟地和数字地分开,为了避免相互的干扰。但是在高速的ADC应用中,数字和模拟要求共地。 


53.我现在需要安装节省空间的数据转换器,认为串行式转换器比较适合。为了选择和使用这种转换器,请问我需要了解些什么? 

串行接口的ADC一般转换速度比较低,在10M以下,但是封装,读取会比较方便。你可以先看看你需要的位数,以低于10M的速度能不能满足你的要求。另外关键是MCU和ADC的接口,是使用模拟的SPI还是MCU的标准SPI接口。


54.对ad的时钟信号有什么要求?需不需要做一些温度、抖动方面的补偿?

不需要做补偿。ADC中内部已经做了相关的补偿。 


55.对于单板结构,板子上有多个比如9片ADC的话,本讲座是建议ADC跨接模拟地和数字地?是否意味着要多点接地? 

ADC需要接在系统的模拟部分。 


56.什么时候用FPBW,什么时候用小信号BW,数据手册并没有把所有情况告诉我们。 

FPBW与芯片的Slew Rate有关,当要把信号放大时,如果Slew Rate跟不上,输出信号就会失真。FPBW = SlewRate/2piVp,Vp为输出信号的电压。 


57.请教专家,在采用R、C隔离时,若R较大会影响后面的ADC,若C较大会影响相位,具体设计时应该如何选择呢? 

可以考虑在RC滤波后加一级运放做buffer. 


58.数据转换器中zui常见的错误主要有哪些?如何避免 

ADC转换会受到Noise的影响,如果ADC转换的结果与理论值大概相等,那么可以通过在同一个输入电压上读多次转换结果,将转换结果平均来得到更为准确的值。 


59.我们要的带宽为100hz,结果用的是带宽为1khz的放大器,如何有效解决抗干扰问题? 

一般来讲,ADC前端需要加一个滤波,滤掉把有用带宽以外的噪声。


60.影响ADC的重要参数有哪些?如何在pcb设计中避免? 

考虑ADC前端的抗混叠滤波器的设计,阻抗匹配,输入输出的阻抗。


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