原標題：大佬帶你深入ADC，親身傳授ADC外圍電路設計方法

模數轉換器（ADC）是電子系統中至關重要的組件，負責將連續的模擬信號轉換為離散的數字信號，以供微處理器或數字信號處理器進一步處理。為了確保ADC能夠準確、穩定地工作，其外圍電路的設計至關重要。以下將詳細解析ADC外圍電路的設計方法。

一、ADC外圍電路概述

ADC外圍電路的設計通常涵蓋模擬電路、數字電路以及電源電路三個方面。模擬電路部分負責處理輸入信號，包括信號的放大、濾波和采樣保持等；數字電路部分則處理ADC輸出的數字信號，實現數據的傳輸和接口轉換；電源電路為整個系統提供穩定可靠的電源供應。

二、模擬電路設計

1. 前置放大器電路

目的：由于多數ADC的模擬輸入信號較小，需要通過前置放大器提升輸入電壓至ADC可接受的范圍內。

選型：前置放大器一般選用集成運算放大器、儀表放大器或隔離放大器等。選擇時需考慮放大器的帶寬、精度、輸入阻抗和輸出阻抗等參數，確保放大器的性能優于所選ADC。

設計要點：

• 對于輸入電阻較小的ADC，若信號源內阻較大，需選用高輸入阻抗、低輸出阻抗的放大器。

• 有時可在放大器后加接電壓跟隨器，進一步提高輸入阻抗，實現阻抗匹配。

2. 采樣保持電路

目的：在ADC轉換期間保持輸入電壓不變，避免因輸入信號變化而引起的轉換誤差。

設計要點：

• 捕獲時間：采樣保持器的采樣階段所需時間應與ADC的轉換時間合理配合。捕獲時間過大會影響ADC的轉換速率，過小則可能產生功能混亂或數據丟失。

• 頂級率：保持的模擬電壓隨時間的延續而有所下降（或上升）的速率。頂級率過大會影響轉換精度。頂級率和捕獲時間不僅與采樣保持電路有關，還與外接的保持電容有關。增大電容可以減小頂級率，但會增大捕獲時間，因此需要綜合考慮。

• 對于模擬輸入電壓變化緩慢的系統，可以不使用采樣保持電路。一般模擬輸入電壓變化不超過ADC分辨率的1/2LSB（最低有效位）時，可省略采樣保持電路。

三、數字電路設計

1. 并行接口電路

目的：實現ADC與微處理器或其他數字電路之間的快速數據傳輸。

設計要點：

• 大多數ADC提供并行接口，數據總線寬度通常為8位或16位。設計時需根據微處理器的數據總線寬度選擇合適的接口方式。

• 并行接口除了數據線外，還需包括啟動轉換信號線、讀/寫信號線、片選信號線等控制信號線。需確保這些信號線的時序與微處理器的總線時序相匹配。

2. 串行接口電路

目的：簡化電路布線，減少芯片引腳數量。

設計要點：

• 串行接口只需一根雙向數據線（或兩條傳輸方向相反的數據線）和少量控制線。常見的串行接口包括通用異步接收/發送器（UART）、串行外圍接口（SPI）和I2C總線等。

• 設計時需根據具體應用場景選擇合適的串行接口標準，并配置相應的接口電路。

四、電源和接地設計

目的：為ADC及其外圍電路提供穩定可靠的電源供應，減少噪聲干擾。

設計要點：

• 模擬地與數字地分開：建立模擬參考點（AGND），將所有的模擬電路部分連接到該參考點上。數字地（DGND）則連接到數字電路部分和數字電源地。AGND和DGND只在靠近ADC的引腳處進行單點連接，以減少數字噪聲對模擬信號的干擾。

• 電源接線：多數ADC需要多種電源供電，如5V電源供數字部分使用，15V電源供模擬部分使用。這些電源需分別接到AGND和DGND上，并確保電源變壓器繞組之間具有良好的絕緣和靜電隔離。

• 電源去耦：在ADC的電源引腳附近安裝去耦電容，以濾除電源中的高頻噪聲。一般使用110μF的鉭電容與0.010.1μF的高頻瓷介電容并聯。

五、其他設計考慮

1. 多路開關設計

目的：實現多個模擬信號源之間的切換，提高ADC的復用率。

設計要點：

• 選擇低泄漏、低噪聲的多路開關。

• 確保多路開關的切換速度滿足ADC的采樣速率要求。

2. 信號隔離設計

目的：進一步減少模擬信號和數字信號之間的干擾。

設計要點：

• 使用光電耦合器、變壓器等隔離元件實現信號的電氣隔離。

• 根據隔離位置的不同，選擇合適的隔離方式（如隔離模擬信號端或隔離數字信號端）。

六、設計流程與注意事項

1. 設計流程

1. 需求分析：明確ADC的分辨率、采樣速率、輸入范圍等性能指標。

2. 元件選型：根據需求選擇合適的ADC芯片、放大器、采樣保持器、多路開關等元件。

3. 電路設計：設計前置放大器電路、采樣保持電路、接口電路和電源電路等。

4. 仿真驗證：使用電路仿真軟件對設計進行仿真驗證，確保電路性能滿足要求。

5. 制版與調試：制作PCB板，進行實物調試和優化。

2. 注意事項

• 在設計過程中需充分考慮噪聲干擾問題，采取有效的去耦、濾波和隔離措施。

• 確保電路的時序匹配和信號完整性，避免信號反射、串擾等問題。

• 進行充分的測試和驗證，確保ADC外圍電路的性能穩定可靠。

七、總結