模拟 ADC 的前端

ADC 的 SPICE 模拟

反复试验的方法将信号发送到 ADC 非常耗时，而且可能有效也可能无效。如果转换器捕获电压信息的关键时刻模拟输入引脚不稳定，则无法获得正确的输出数据。SPICE 模型允许您执行的步是验证所有模拟输入是否稳定，以便没有错误信号进入转换器。

让我们仔细看看典型的串行伪差分 SAR-ADC，例如ADS8860（图 1）。

图 1 ADS8860 是一款伪差分输入、1 MHz、16 位 SAR-ADC。

该设备的 TINA-TI Spice 宏模型允许您模拟进入转换器的模拟信号的影响。借助此模型以及 AINP、AINM 和 REF 处的适当驱动器运算放大器模型，您可以在进入 PCB 之前确定是否可以实现良好的转换。ADC 宏模型的重要性在于它准确地表征了转换器的输入端子。驱动 AINP、AINN 和 REF 的运算放大器还必须准确地模拟其开环输出电阻 (Ro)。

让我们开始弄清楚这个宏模型是如何工作的。转换器宏模型使用 55 pF 采样电容器分别对正输入和负输入进行采样。该设备转换 AINP 和 AINN 处两个采样值之间的电压差。当您查看模拟结果时，模型必须在采集周期结束时稳定到至少半个 LSB。对于这个 16 位转换器，半个 LSB 等于 REF / 2 16。

电压参考引脚 REF 需要在转换过程中或 CONVST 引脚变为高值后保持稳定的电压（图 2）。当 CONVST 为低时，转换器正在获取输入信号（获取模式）。SAR-ADC 宏模型具有 1 MHz 时钟，并会产生 CONVST 信号。电压参考引脚必须在转换器的整个转换时间内在位转换周期结束时稳定到半 LSB 电平。

　　图2 在这个具有三线操作的三线时序图中，CONVST 用作芯片选择。

图 3中ADS8860的 TINA-TI 模型对 AINP 和 AINN 上的输入信号进行采样，并在模型的 AINPsmpl 和 AINMsmpl 上显示结果。

　　图 3 这是 SAR-ADC 的 TINA-TI 宏模型。

在图 4中，AINP 处的输入等于 3V，参考电压等于 4.096V。在测试输入信号的精度时，设置ADS8860 TINA-TI 电路以感测放大器驱动器的输出 AMP_OUT_sig 与其输出信号 AINPsmpl 之间的差异。在查看此差异时，检查采集时间结束时或 CONVST 引脚升高之前的区域。验证信号是否小于半个 LSB。

　　图 4 此设置用于 TINA-TI 电路监控模拟和参考输入。　　

检查模拟输入函数的准确性后，检查电压参考引脚的稳定性。在测量 REF 引脚的准确性时，测量电压参考输出 (VF1) 和THS4281放大器输出 (AMP_OUT_ref) 之间的差异。务必使用 VERR1 的值消除电压参考 ( REF5040 ) 和运算放大器 ( THS4281 ) 产生的偏移误差。在执行此操作时，使用 iref1 电流表检查电流尖峰之前的电压水平。参考文献 1 为该模拟提供了很好的深入信息。

结论

对于 SAR-ADC 来说，模拟是一件棘手的事情。目前还没有完整的转换器模型可以准确地模拟整个设备。您拥有的资源是一个模拟 SPICE 文件，它可以模拟模拟输入引脚的稳定性。拥有此工具的幸运在于，您拥有一个强大的工具来解决关键、困难的转换器问题之一。