教你如何稳定时间与相关改进技巧

电子设计 2018-07-10 09:37 次阅读

在设计一个用于AC信号处理的数据采集系统 (DAQ) 时,你的测试结果也许不满足你所需的技术规格,其主要原因在于糟糕的失真性能。在这种情况下,你该怎么办呢?也许你会首先检查信号源,然后检查电源、印刷电路板 (PCB) 布局布线,等等,不过问题依然存在。你是不是想过其它原因呢,比如说输入信号的不稳定?这有可能是一个非常重要的考虑因素。

在这片博文中,我将会谈一谈信号稳定—以及输入信号的不稳定—如何影响失真性能。

图1显示了一个逐次逼近寄存器SAR模数转换器 (ADC) 输入电路的简化模型和内部采样电容器的时域充电响应。

1:使信号稳定的电荷分布

在采集阶段,有一个电荷从输入信号源传输到ADC的内部采样电容器,CSH内。CSH 上的VIN 信号必须在采集时间,tAQ内,至少稳定至最终值的最低有效位 (LSB) 的一半。很明显,如果输入源需要的稳定时间比tAQ长,在tACQ结束时,CSH 上的残余电压误差将大于LSB的一半,并且ADC输出将会不准确。

但是,失真并不仅仅是在某些输入电压值上观察到的准确性问题。失真表示ADC的输入与输出之间的非线性关系。换句话说,ADC传递曲线与这个方程式计算出的直线不一致,而这条直线在ADC输入范围内具有恒定斜率和截距。那么,问题就在于,ADC输入上的信号不稳定如何在ADC响应中产生失真或非线性呢?

一般说来,SAR ADC具有一个包含集成模拟采样开关的开关电容器输入结构。开关的导通电阻,RON,具有一个相对于输入信号电压的非线性电阻。

图2a显示的是典型RON值与互补金属氧化物半导体 (CMOS) 模拟开关的输入电压之间关系的曲线图。非线性导通电阻调制稳定时间常量,这样的话,如图2b所示,在tAQ 结束时,输入正弦波与采样电容器上的信号之间的残余电压误差 (VERR) 也是非线性的。如果导通电阻是完全恒定的,误差曲线将是一条直线(如图3a和3b中所示),ADC输出上将不会出现失真。

让我们来看一个存在稳定问题的例子。出于成本和简化设计的原因,工业电力自动化应用不使用具有SAR ADC的前端放大器。图4显示了一个典型电路。

4:无前端放大器的典型ADC电路

图5显示的是使用具有一个前端RC滤波器的16位、8通道ADS8568 SAR ADC的电路的AC性能。如图4所示,在电路中不使用有源滤波的情况下,更高的电阻值和电容值将获得更好的滤波器效果。然而,这会导致不太令人满意的总谐波失真 (THD),这个值要远远劣于ADS8568数据表中-90dB的技术规格。一个二阶RC滤波器将使性能变得更加糟糕。根本原因在于,输入信号,VS,在ADC的采集时间内,并未在采样电容器,CSH,上完全稳定。

5:具有经简化前端RC滤波器的ADS8568的糟糕的AC性能

你可以用以下两个方法来解决这个稳定问题,并提升性能:

  1. 通过直接减少采样率来增加采样时间。你可以用方程式1计算出真实的采样时间,通过减少采样率来增加tACQ_Real 时间,这是因为ADC数据表中为(转换时间)指定了一个最大值(方程式2):

图6显示了一个使用二阶滤波器后的经刷新测试结果。在把采样率从10Ksps调整为1Ksps后,AC性能从之前的-65.46dBc大大改进为-92dBc THD。

6:采样时间增加后的测试结果

  1. 通过减少滤波器的阶数和减少XFLT/RFLT 的值来加快稳定。对于单阶滤波器来说,通过将前端电容器的值从22nF减少到820pF,保持10kΩ电阻器不变,并使用同样的10Ksps采样率,THD从-70.97dBc提升到-96.88dBc。你可以通过使用更慢的1Ksps采样率来进一步将THD性能提高到-103.61dBc。

图7显示的是测得的结果。需要注意的一点是,稳定时间改进与RC滤波影响之间的权衡。

7:稳定改进之后的测试结果

有多种解决稳定问题的方法。然而,这两个方法是最简单的。在设计一个SAR ADC数据采集系统时,需要特别注意信号稳定这一问题。你使用过其它方法来解决稳定问题吗?请在下方给我留言,你是怎么成功解决这个问题的,或者你试过哪些方法,但是没有奏效。

热门推荐

收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

滤波电路的作用及四种基本类型

本文首先介绍了滤波电路分类及作用,其次介绍了滤波电路四种基本类型,最后介绍了电感滤波及电感滤波电路。

的头像 电小二课堂 发表于 07-20 17:06 93次 阅读
滤波电路的作用及四种基本类型

了解16位AD转换有哪些注意事项?

1.信号输入端应加上滤波电路(RC滤波,也可以用外部滤波器)。

的头像 玩转单片机 发表于 07-20 11:52 87次 阅读
了解16位AD转换有哪些注意事项?

已知上下拉电阻,怎么计算出AD值,下拉电阻是10k,上拉接NTC

发表于 07-18 14:39 109次 阅读
已知上下拉电阻,怎么计算出AD值,下拉电阻是10k,上拉接NTC

请问在已知上下拉电阻的情况下怎么计算AD值?

发表于 07-18 14:38 38次 阅读
请问在已知上下拉电阻的情况下怎么计算AD值?

约束定向增强滤波器技术

AV1在编码循环中使用了三个标准增强滤波器。第一个是去块效应滤波器,它的功能就是其字面意思:消除编码....

的头像 LiveVideoStack 发表于 07-17 18:30 108次 阅读
约束定向增强滤波器技术

分析电阻电路的一套方法来理解电容电路的工作原理

根据上述内容可以将电容等效成一个“电阻”(当然是一个受频率高低、容量大小影响的特殊电阻),如图1-3....

的头像 MCU开发加油站 发表于 07-17 16:42 130次 阅读
分析电阻电路的一套方法来理解电容电路的工作原理

高精密电阻MVR3825-4 / MVR4618-4

发表于 07-17 13:56 26次 阅读
高精密电阻MVR3825-4 / MVR4618-4

电阻的作用和工作原理介绍

发表于 07-16 15:09 166次 阅读
电阻的作用和工作原理介绍

什么是频谱仪的RBW带宽和VBW带宽?有什么区别?

频谱仪中读出来得功率的单位是dBm/XXHz,XXHz=RBW Bandwidth.当你把RBW设置....

的头像 电子工程专辑 发表于 07-16 08:43 183次 阅读
什么是频谱仪的RBW带宽和VBW带宽?有什么区别?

如何通过模拟电子技术的实验掌握以下4点的知识的详细资料概述

◆掌握由集成运算放大器组成的方波、三角波、正弦波信号发生器的方法 ◆ 熟悉方波、三角波、正弦波信号....

发表于 07-16 08:00 62次 阅读
如何通过模拟电子技术的实验掌握以下4点的知识的详细资料概述

生活中常用电子元件实物图片大全包括:电阻,电位器,传感器等

任何电子产品都是电子元件组成的,学习电子技术就要先学电子元件,电子元件的组合就成了电子电路,这也是基....

的头像 工控云学堂 发表于 07-15 11:55 536次 阅读
生活中常用电子元件实物图片大全包括:电阻,电位器,传感器等

怎么样去选择电源线滤波器?

你在产品的设计中,是怎样选择滤波器的?

的头像 电磁兼容EMC 发表于 07-13 16:59 293次 阅读
怎么样去选择电源线滤波器?

一种基于前馈控制的平均电流控制方案

该数字算法流程图相当于一个滞环比较器,为了防止预测出现偏差,需要保证系统只在负载阶跃的时刻进行检测。....

的头像 电子技术应用ChinaAET 发表于 07-13 09:06 235次 阅读
一种基于前馈控制的平均电流控制方案

可实现过热保护支持的解决方案TIDA-01381技术资料下载

发表于 07-13 06:49 16次 阅读
可实现过热保护支持的解决方案TIDA-01381技术资料下载

PMP5595原理图/物料清单/技术参考资料及pcb布局

发表于 07-13 05:38 38次 阅读
PMP5595原理图/物料清单/技术参考资料及pcb布局

二阶有源滤波器电路是如何设计的?及怎样进行仿真?

利用二极管的基本特性、三极管的基本特性、运算放大器等知识,设计相应的模拟电路,实现一款直流稳压电源、....

发表于 07-12 08:00 65次 阅读
二阶有源滤波器电路是如何设计的?及怎样进行仿真?

MOS管驱动电阻怎么选择

发表于 07-11 22:37 288次 阅读
MOS管驱动电阻怎么选择

关于设计抗混叠滤波器的三大注意事项

在我的上一篇文章中,我讨论了增量-累加模数转换器(ADC) 的2个重要特点。这2个特点简化了抗混叠滤....

的头像 电子设计 发表于 07-11 09:38 637次 阅读
关于设计抗混叠滤波器的三大注意事项

753F收音机详细制作流程资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是753F收音机详细制作流程资料免费下载

发表于 07-11 08:00 77次 阅读
753F收音机详细制作流程资料免费下载

如何使用B220A来通过B2100A的评级和特性曲线详细资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是如何使用B220A来通过B2100A的评级和特性曲线详细资料免费下载。

发表于 07-11 08:00 34次 阅读
如何使用B220A来通过B2100A的评级和特性曲线详细资料免费下载

数字信号处理之信号处理仿真滤波器延迟设计的详细资料概述

当然不是,之前的程序只是完成了原理性的仿真。实际环境和这个差别老大了哦。比如没有加入噪声。噪声是时刻....

的头像 算法工匠 发表于 07-09 10:44 157次 阅读
数字信号处理之信号处理仿真滤波器延迟设计的详细资料概述

如何进行滤波器比较程序设计及函数编写的详细资料概述

本次系列课程大约会有五次课,希望结束课程后,学生能在单片机上完成滤波程序和波形的DA输出,再配合使用....

的头像 算法工匠 发表于 07-09 10:37 193次 阅读
如何进行滤波器比较程序设计及函数编写的详细资料概述

工业仪表故障分析判断的10种方法详细资料概述

仪表故障是我们工作中经常会遇到的问题,那么判断故障,找出问题都有哪些好方法呢?下面小编为大家整理了工....

的头像 工控资料窝 发表于 07-09 09:40 234次 阅读
工业仪表故障分析判断的10种方法详细资料概述

大家好,请教一下,可调电阻RT2两头接的R1和R2起什么作用

发表于 07-06 11:09 388次 阅读
大家好,请教一下,可调电阻RT2两头接的R1和R2起什么作用

Xilinx滤波器IP核的延时问题

在生成滤波器IP核之前需要产生抽头系数,这个抽头系数的阶数是自己设定的,阶数越高代表滤波器乘累加运算....

发表于 07-06 10:00 76次 阅读
Xilinx滤波器IP核的延时问题

Qorvo在线研讨会:了解滤波器特点性能与应用范围

Qorvo在线研讨会:带你了解滤波器

的头像 EE techvideo 发表于 07-06 00:53 215次 观看
Qorvo在线研讨会:了解滤波器特点性能与应用范围

引入输入滤波器来滤除噪声设计

发表于 07-05 09:52 360次 阅读
引入输入滤波器来滤除噪声设计

关于那些被你忽略的差分放大器的输入阻抗问题

单片差分放大器是集成电路,包含一个运算放大器(运放)以及不少于四个采用相同封装的精密电阻器。对需要将....

的头像 电子设计 发表于 07-05 09:31 1143次 阅读
关于那些被你忽略的差分放大器的输入阻抗问题

关于altera系列芯片FIR IP核在使用过程中的问题

发表于 07-05 08:33 246次 阅读
关于altera系列芯片FIR IP核在使用过程中的问题

滤波器设计指南:ADS中文基础教程(6)

ADS中文基础教程

的头像 EE techvideo 发表于 07-05 03:05 189次 观看
滤波器设计指南:ADS中文基础教程(6)

LT1819电路适当增加器件数目和降低组件灵敏度可换取20MHz的差分输入差分输出电路

低噪声、低失真的 LT1819 电路以适当增加器件数目和降低组件灵敏度为代价换取了一个可调带宽 ──....

发表于 07-04 10:12 74次 阅读
LT1819电路适当增加器件数目和降低组件灵敏度可换取20MHz的差分输入差分输出电路

讲解了估算负载瞬态响应的方法

本视频介绍了一种通过了解控制带宽和输出滤波器电容特性估算电源瞬态响应的简单方法。该方法充分利用了这样....

的头像 EE techvideo 发表于 07-03 04:08 267次 观看
讲解了估算负载瞬态响应的方法

USPTO授予AFOP两项抽头滤波器技术专利

AFOP公司,一家为光网络设备市场提供光器件、子系统和集成模块的创新供应商,近日宣布美国专利和商标....

发表于 07-02 14:56 56次 阅读
USPTO授予AFOP两项抽头滤波器技术专利

RF2948B收发器的应用电路和技术特点

RF2948B是为工作在2.4 GHz ISM频带的直接序列扩频系统而设计的收发器,适合在IEEE ....

发表于 07-01 08:55 83次 阅读
RF2948B收发器的应用电路和技术特点

关于高频数字抽取滤波器的设计

数字抽取滤波器是ΣΔADC(ΣΔAnolog-to-Digital Converter)的重要组成部....

的头像 电子设计 发表于 06-29 14:32 340次 阅读
关于高频数字抽取滤波器的设计

关于基于FPGA的多模式数字匹配滤波器的设计与实现

数字匹配滤波器是直接序列扩频通信系统中的关键部件,可以通过编程实现接收端同步和解扩,提高通信系统数字....

的头像 电子设计 发表于 06-29 14:12 405次 阅读
关于基于FPGA的多模式数字匹配滤波器的设计与实现

对电源噪声的分析与产生的原因

电源本身所固有的阻抗所导致的分布噪声。高频电路中,电源噪声对高频信号影响较大。因此,首先需要有低噪声....

的头像 EDA设计智汇馆 发表于 06-29 13:31 367次 阅读
对电源噪声的分析与产生的原因

有效降低传导辐射干扰最全小技巧

一直以来,设计中的电磁干扰(EMI)问题十分令人头疼,尤其是在汽车领域。为了尽可能的减小电磁干扰,设....

的头像 电子设计 发表于 06-29 09:30 1206次 阅读
有效降低传导辐射干扰最全小技巧

大型强子对撞机中的粒子在强场偶极磁体的驱动下保持圆周运行轨迹

近来,CERN 开发了一种新颖的失超保护技术,极具应用前景。该技术被称为“耦合损耗诱导失超”(Cou....

的头像 COMSOL 发表于 06-28 10:31 297次 阅读
大型强子对撞机中的粒子在强场偶极磁体的驱动下保持圆周运行轨迹

关于设计高性能低侧电流感应设计中的印刷电路板

在之前的博客文章中,我向大家介绍了如何借助低侧电流感应控制电机,并分享了为成本敏感型应用设计低侧电流....

的头像 电子设计 发表于 06-28 10:16 999次 阅读
关于设计高性能低侧电流感应设计中的印刷电路板

介绍 LTC2063 的性能指标

除了卓越的输入失调电压和输入失调电压漂移性能之外,LTC2063 还拥有高开环增益、CMRR 和 P....

的头像 EE techvideo 发表于 06-28 00:11 310次 观看
介绍 LTC2063 的性能指标

关于混合电路原理及设计等资料合集

本文主要介绍了关于混合电路原理、设计等资料合集。

发表于 06-27 08:00 106次 阅读
关于混合电路原理及设计等资料合集

介绍动态ODT模式

这样一来,信号完整性就会受到不同程度的影响,为了能够保持等效电阻一致,我们希望ODT的RTT(终结电....

的头像 电子技术应用ChinaAET 发表于 06-26 08:53 313次 阅读
介绍动态ODT模式

电子元器件基础知识概述(含图片)

本文主要介绍了电子元器件基础知识概述(含图片)。

发表于 06-26 08:00 184次 阅读
电子元器件基础知识概述(含图片)

多种元件极性示意图

本文主要介绍了多种元件极性示意图。

发表于 06-26 08:00 73次 阅读
多种元件极性示意图

教你如何认识PCBA上电子元件极性

本文主要介绍了教你如何认识PCBA上电子元件极性方法。

发表于 06-26 08:00 92次 阅读
教你如何认识PCBA上电子元件极性

有限脉冲响应FIR滤波器详解

数字滤波器通常用于修正或者改变时域或频域中信号的特性。最为普通的数字滤波器就是线性时不变LTI滤波器....

的头像 FPGA极客空间 发表于 06-25 14:59 478次 阅读
有限脉冲响应FIR滤波器详解

分布式算法是一项重要的FPGA技术

式中:xb(n) 表示第n个数据的第b位。由于x(n)为有限位数据,且xb(n)的取值为[0,1],....

的头像 FPGA极客空间 发表于 06-22 14:53 588次 阅读
分布式算法是一项重要的FPGA技术

FEC使PAM4成为可能 DSP处理实现112G

我们需要更多的数据,而且希望更快。在即将来临的5G时代,NRZ编码对于我们来说还不够快,而NRZ型编....

的头像 面包板社区 发表于 06-22 14:13 417次 阅读
FEC使PAM4成为可能 DSP处理实现112G

滤波器差模插损的测量方法与难点解答

测量滤波器的差模插损需要将信号源和接收设备连接在滤波器的两根导体之间。

的头像 电磁兼容EMC 发表于 06-22 09:09 902次 阅读
滤波器差模插损的测量方法与难点解答

检测皮肤电阻变化的4个测谎电路

我们来看几个有趣的“测谎仪”小电路,它们的原理是检测手指间的皮肤电阻。

的头像 MCU开发加油站 发表于 06-22 08:36 1044次 阅读
检测皮肤电阻变化的4个测谎电路

实践电能质量控制技术之变频器相关问题的解决

变频器也带来了许多前所未有困扰,主要表现在对配电系 统的不良影响,对邻近电子设备的干扰,以及对电机的....

发表于 06-22 08:00 92次 阅读
实践电能质量控制技术之变频器相关问题的解决

谈谈滤除这些特定的尖峰瞬态事件的主要考虑因素

滤波并不总是必需的,具有最小的动态变化电流的电池供电的直流电路将是一个例子。大的、复杂的系统可能有高....

的头像 安森美半导体 发表于 06-21 17:00 606次 阅读
谈谈滤除这些特定的尖峰瞬态事件的主要考虑因素

电工的故障处理方式

维修电工的职责是保证各类生产机械运动的各种类型电动机及其电气控制系统和生产、生活照明系统的正常运行。

的头像 工控云学堂 发表于 06-21 16:42 557次 阅读
电工的故障处理方式

一项名为FlexMEMS的创新工艺成功开发出的柔性射频滤波器

此外,这项技术并不仅限于制造柔性射频滤波器,还可以应用于制造多种柔性微机电器件,如压力计、加速度计、....

的头像 微波射频网 发表于 06-21 16:02 654次 阅读
一项名为FlexMEMS的创新工艺成功开发出的柔性射频滤波器

极片反弹对锂电池生产的影响

从涂布到辊压,极片经历了从厚变薄,孔隙率从大变小的过程。我们期望的电极极片是在不破坏正负极活物质颗粒....

的头像 高工锂电技术与应用 发表于 06-20 17:52 910次 阅读
极片反弹对锂电池生产的影响

Vishay 推出直接水冷绕线电阻DCRF 提供9000W的超高功率消耗

Vishay 宣布,推出了全新的直接水冷绕线电阻系列--- DCRF,可提供9000W的超高功率消耗....

的头像 人间烟火123 发表于 06-20 14:41 1076次 阅读
Vishay 推出直接水冷绕线电阻DCRF 提供9000W的超高功率消耗

如何选择符合目标系统规格以及标准的相应架构、电路和元件呢?

如何选择符合目标系统规格以及标准的相应架构、电路和元件呢?这些是由电路满足在效率、带宽和精度方面提供....

的头像 Excelpoint世健 发表于 06-20 10:08 1056次 阅读
如何选择符合目标系统规格以及标准的相应架构、电路和元件呢?

EMI滤波器设计中的干扰特性和阻抗特性

滤波器的制造商给出的滤波器插损是在50W标准阻抗系统中的性能。众所周知,电源的输入阻抗随着频率的变化....

的头像 贸泽电子设计圈 发表于 06-20 08:53 1072次 阅读
EMI滤波器设计中的干扰特性和阻抗特性

电容电阻需求恶性循环_害苦众多中国中小工厂

多年以来,这电容、电阻两种元器件的价格都相对稳定,但从去年下半年开始,电阻、电容的价格大幅上涨,一些....

的头像 芯榜 发表于 06-19 16:03 1179次 阅读
电容电阻需求恶性循环_害苦众多中国中小工厂