输入范围调整

任何一个ADC,都有输入电压范围。当实际输入电压超出此范围,将引起ADC转换失效。而被转换的信号,并不能保证在此范围内,这就需要ADC驱动电路将其调整到合适的范围之内。

输入类型转换

原始输入信号的输出类型有两种:单端型、差分型,而ADC的输入类型有三种:单端型、全差分型和伪差分型。如果两者不一致,会影响ADC性能发挥。这就需要类型转换电路。将信号类型演变成与ADC一致的类型。

一个电压信号,如果用两根线传输,且两线电位做相反变化,则此信号为差分信号。

一个电压信号,如果用一根线传输,且默认地线为参考点,则此信号为单端信号。

ADC的输入端类型则稍复杂一些:

1)单端型:它只有一个输入端AN,实际输入信号为此输入端电压UN

2)全差分型:它有两个完全对称的输入端AN,AN-,对应的电压为UIN、 UIN-,则实际输入电压为, UN.减去UIN.

3)伪差分型:它有两个不对称的输入端AN,AN ,对应的电压为UN.UIN,则实际输入电压为, uNy减去UIN。关键是, AN.端,允许输入信号满幅度变化,而AN端,像受欺负一样,只被允许小幅度变化。

低阻输出,以减小测量误差

有些原始信号,具有一定阻值的输出电阻。将这样的信号直接接入ADC,会带来测量误差。

误差的根源是:

多数ADC内部都有采样电容,以实现采样保持功能。这种ADC的内部结构一般如图Section124-2和-3所示。它由两组开关,一个采样电容Csam,以及后续没有画出的转换电路组成。

采样精度取决于采样时间，而ADC内部的采样电容是确定的,一般都是10pF数量级。这就要求外部串联的源电阻不得大于某个值。源电阻包括ADC内部开关的导通电阻,以及信号源的输出电阻。当信号源内阻较大时,形成是时间常数可能不满足要求,直接接入ADC一定会造成采样误差。这就需要增加一级驱动电路,比如电压跟随器,以达到信号输出电阻很小的目的。

抗混叠滤波

当输入被测信号频率为f,那么按照奈奎斯特定律,要想完整采集信号,采样率f必须大于2f。当采样率小于2f时,一定会出现混叠现象,即采集的波形中出现很低的混叠频率。

图Section124-4演示了混叠频率的出现原因。图中输入信号为黑色的高频信号,当采样率小于2f时,我们获得的采样点形成了红色的波形,其频率不是信号频率,而是混叠频率,很低。混叠现象欺骗了我们,因此我们不希望出现这种现象。

一旦在数据中出现混叠频率,后期即便增加软件滤波,也是难以剔除的。

唯一的方法就是让大于6/2的频率信号,不要出现在ADC的入端,或者这种频率分量,在ADC入端只有很小的幅度。因此,增加驱动电路,以滤除或者减小高于f/2的频率信号,就成为必须。常见的方法是,给ADC入端之前,增加一级截止频率为f的无源低通电路,以实现抗混叠滤波。

电源级保护

一般来说, ADC的价格(几美元到几十美元甚至更高)会高于前端放大器价格。用廉价的东西保护昂贵的东西,是一个常用的方法。而ADC的前级驱动电路,就可以实现这种保护。将ADC前端的驱动电路,用一个安全的供电电压,就可以实现对ADC的电源级保护。所谓的电源级保护,是指驱动电路的输出,不可能超过电源电压。这样,只要选择电源电压在ADC输入端认可的安全范围内,就可以保证ADC的输入端不会超限多数ADC输入端承受最高电压,就是其电源电压。因此,将ADC的供电电压与前端驱动电路的供电电压,选择成一致的,就可以实现对ADC入端的电源级保护。如图Section124-5所示。