电压参考如何影响混合信号部分

作者：Bonnie Baker，德州仪器 (TI) 高级工程师

关键字：模拟电路设计、转换器、运算放大器、工业、医疗、视频

您可能会把模数转换器或者数模转换器缺少输出稳定性的原因归咎于实际转换器本身。毕竟，这类器件都非常复杂。但是，请不要太早下结论，因为转换器周围的电路或许才是真正的罪魁祸首。这种电路包括一个电压参考，它对转换器性能的改变要超出您的想象。

在您对转换器的初始评估中，您可能还没有看到电压参考的副作用。在过去，我的 ADC 或 DAC 评估顺序是先确定转换器的数字接口状态良好，然后检查转换器的输出是否普遍代表输入信号。之后，我再查看零输入（转换器噪声）。在您测得　ADC 噪声后，便可将输入短路接地。利用 DAC，您可以将数字输入编程为模拟零输出。

此类噪声测试花费了大量的时间来验证和评估，但是我从来没有想过使用满量程输入来检查转换器的噪声。那个时候，对我来说这样做实际上似乎是多余的。唉，我真是错失良机啊！

您会在哪里寻找 ADC 或 DAC 电压参考误差呢？回答这个问题的关键在这些器件的传输函数里。图 1 中，这些函数右手边的分子为输入信号次数 2^N（N 为转换器位数），而分母为以伏特为单位的电压参考量级。2^N 和  V_REF 值均为常量。电压参考值的影响与其误差一起随输入信号增加而增加。

图 1 D_OUT =ADC 输出码的十进制表示，A_IN =ADC 输入电压，2^N = ADC 和 DAC 精度，V_REF =伏特为单位的电压参考，D_IN =输入数字码的DAC十进制表示。

对您的数据转换器电压参考进行分析和评估的较佳方法是使用满量程输出信号。带偏移误差的电压参考可产生 ADC 或 DAC 增益误差。如果您的电压参考存在噪声，或者稍有不稳定，则您还会看到这种噪声或不稳定，它们大多数都产生在转换器输出满量程时。

ADC 的模拟输出或 DAC 的数字结果，只能与您电路的电压参考一样好。因此，这里有一些您在选择您的电压参考源时需要注意的小技巧。

在您转换器的电压参考引脚处使用系统电源电压仅适合于较多 8 位。请思考电源电压来自何处。例如，DC/DC 或开关转换器产生较好的电路 DC 输出。然而，它们一般都有一个内部开关网络，其会产生 DC 信号的噪声。即使您在实施低通滤波时，DC/DC 转换器内部开关动作的杂质也可能会直接传输给您的 ADC 或 DAC 器件的输出。您也可能会尝试在 DC/DC 或开关转换器后面使用一个线性稳压器。线性稳压器电源抑制和输出噪声水平得到不断改善，但您会发现 10 位以上时您还是会碰到许多问题。

您转换器的电压参考引脚的一个更危险源是您计算机的 USB 接口。USB 接口的电源电压有依附在其上面的计算机数字噪声。这对模拟、混合信号器件来说并不是一个好的环境。

就高精度 ADC 和 DAC 而言，较好的电压参考策略是以一个低噪声、稳定、独立的参考作为您设计的开始。对于您的转换器参考电压设计来说，不存在一个普遍通用的解决方案。但是，在随后的系列文章中，我将介绍几款与各种各样不同的转换器一起工作的电路。我们下次见。

参考文献

• 《电压参考如何影响您的性能：第 1 部分，共 3 部分》，作者：Baker, Oljaca， 2009 年 3 月发表于 TI 09 年第 2 季度《模拟应用杂志》。
• 《便携式 RF 系统的噪声管理》，作者：Crampton, Hudgins，Heisley，发表于 slyp091 TI

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