看SAR ADC数据手册时,很多人先找“1 MSPS”或“500 kSPS”。这个数字只告诉你芯片最快能完成多少次转换,没有保证前端信号已在采集窗口内建立到目标精度。

典型SAR ADC内部有开关电容阵列。转换时,电容阵列与输入断开;进入采集阶段后,它重新接回前端。这一刻会从驱动运放抽取瞬态电荷。运放输出阻抗、隔离电阻、滤波电容和ADC内部电容一起决定输入要多久才能回到正确电压。
先找时序图,确认采集阶段和转换阶段各占多久。然后看模拟输入等效电路、输入电容和建议驱动电路。最后核对建立精度的测试条件:是到0.1%、0.01%,还是到16位、18位对应的小误差带。运放手册常见的0.01%建立指标,对高分辨率ADC未必足够。
数据手册给出的“推荐运放”很有用,但它只对对应的电源、采样率、输入幅度和RC参数负责。你改了任何一项,都要重新看建立余量。
多路复用器从一个大电压通道切到一个小电压通道时,前端要处理近似满量程的阶跃。一块板在单通道正弦波测试中表现正常,不代表轮询采样也一定正常。实测时可以交替输入高、低电平,记录切换后第一个样本与后续样本的偏差。
若系统速度不够,有四个可调方向:延长采集时间,降低信号源阻,重新选驱动运放和RC,或在通道切换后丢弃第一次转换。每一种做法都会付出速度、功耗或物料成本的代价。
芯火元可根据通道数、输入范围、源阻和目标采样率,协助核对SAR ADC芯片与前端运放。
单通道测试正常,并不代表多路复用以后仍能满足采集时间。前一通道是高电压、后一通道是低电压时,采样电容需要完成一次较大的电荷重新分配;若信号源阻抗偏高,后一通道的第一个结果往往最差。实验时可以固定输入电压,只改变扫描顺序,观察误差是否跟着前一通道变化。
处理办法不一定是换更快的ADC。延长采集窗口、降低前端RC、给运放更多建立时间,或者在大跨度切换后丢弃一次转换,都可能有效。但每种方法会分别牺牲吞吐率、滤波能力或软件复杂度。选型表中最好增加“最大源阻抗”和“通道切换后允许等待时间”两栏,这比只抄最高采样率更接近真实电路。