輸入範圍調整
任何一個ADC,都有輸入電壓範圍。當實際輸入電壓超出此範圍,將引起ADC轉換失效。而被轉換的信號,並不能保證在此範圍內,這就需要ADC驅動電路將其調整到合適的範圍之內。
輸入類型轉換
原始輸入信號的輸出類型有兩種:單端型、差分型,而ADC的輸入類型有三種:單端型、全差分型和僞差分型。如果兩者不一致,會影響ADC性能發揮。這就需要類型轉換電路。將信號類型演變成與ADC一致的類型。
一個電壓信號,如果用兩根線傳輸,且兩線電位做相反變化,則此信號爲差分信號。
一個電壓信號,如果用一根線傳輸,且默認地線爲參考點,則此信號爲單端信號。
ADC的輸入端類型則稍複雜一些:
1)單端型:它只有一個輸入端AN,實際輸入信號爲此輸入端電壓UN
2)全差分型:它有兩個完全對稱的輸入端AN,AN-,對應的電壓爲UIN、 UIN-,則實際輸入電壓爲, UN.減去UIN.
3)僞差分型:它有兩個不對稱的輸入端AN,AN ,對應的電壓爲UN.UIN,則實際輸入電壓爲, uNy減去UIN。關鍵是, AN.端,允許輸入信號滿幅度變化,而AN端,像受欺負一樣,只被允許小幅度變化。
低阻輸出,以減小測量誤差
有些原始信號,具有一定阻值的輸出電阻。將這樣的信號直接接入ADC,會帶來測量誤差。
誤差的根源是:
多數ADC內部都有采樣電容,以實現採樣保持功能。這種ADC的內部結構一般如圖Section124-2和-3所示。它由兩組開關,一個採樣電容Csam,以及後續沒有畫出的轉換電路組成。
採樣精度取決於採樣時間，而ADC內部的採樣電容是確定的,一般都是10pF數量級。這就要求外部串聯的源電阻不得大於某個值。源電阻包括ADC內部開關的導通電阻,以及信號源的輸出電阻。當信號源內阻較大時,形成是時間常數可能不滿足要求,直接接入ADC一定會造成採樣誤差。這就需要增加一級驅動電路,比如電壓跟隨器,以達到信號輸出電阻很小的目的。
抗混疊濾波
當輸入被測信號頻率爲f,那麼按照奈奎斯特定律,要想完整採集信號,採樣率f必須大於2f。當採樣率小於2f時,一定會出現混疊現象,即採集的波形中出現很低的混疊頻率。
圖Section124-4演示了混疊頻率的出現原因。圖中輸入信號爲黑色的高頻信號,當採樣率小於2f時,我們獲得的採樣點形成了紅色的波形,其頻率不是信號頻率,而是混疊頻率,很低。混疊現象欺騙了我們,因此我們不希望出現這種現象。
一旦在數據中出現混疊頻率,後期即便增加軟件濾波,也是難以剔除的。
唯一的方法就是讓大於6/2的頻率信號,不要出現在ADC的入端,或者這種頻率分量,在ADC入端只有很小的幅度。因此,增加驅動電路,以濾除或者減小高於f/2的頻率信號,就成爲必須。常見的方法是,給ADC入端之前,增加一級截止頻率爲f的無源低通電路,以實現抗混疊濾波。
電源級保護
一般來說, ADC的價格(幾美元到幾十美元甚至更高)會高於前端放大器價格。用廉價的東西保護昂貴的東西,是一個常用的方法。而ADC的前級驅動電路,就可以實現這種保護。將ADC前端的驅動電路,用一個安全的供電電壓,就可以實現對ADC的電源級保護。所謂的電源級保護,是指驅動電路的輸出,不可能超過電源電壓。這樣,只要選擇電源電壓在ADC輸入端認可的安全範圍內,就可以保證ADC的輸入端不會超限多數ADC輸入端承受最高電壓,就是其電源電壓。因此,將ADC的供電電壓與前端驅動電路的供電電壓,選擇成一致的,就可以實現對ADC入端的電源級保護。如圖Section124-5所示。
