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最佳的解决方案带来高精度

2011-02-22
作者:Bonnie Baker,德州仪器 (TI) 高级工程师

    我们还没有完成PGA-SAR 系统和△-∑ 转换器之间的比较。在我最后一篇文章(《ADC 吞吐时间:SAR转换器与△-∑ 转换器的比较》)中,我们比较了这两种系统的吞吐时间。文中,我们得出了这样的结论:PGA-SAR 系统和我们所研究△-∑转换器的吞吐时间非常接近;70 ksps和24 ksps 在内。您在电子邮件中称这种差异如此微小,小到没有任何差别。什么是最好的系统?这种评估,看起来像是旗鼓相当,但在精确度方面呢?

    您会在系统是否可以(平均而言)产生正确的输出值方面想到精确度。您可以利用DC规范(例如:补偿、增益和线性等)来最为贴切地对精确度进行描述。在这种评估中,您应该使用系统设备的最小和/或最大规范值。

    您可以使用下列公式计算PGA-SAR 的参考输入(RTI) 偏移误差:

SYSTEMOFFSET-ERROR = PGAOFFSET-ERROR + (OPAOFFSET-ERROR + ADCOFFSET-ERROR)/ GAINPGA

    您也可以用类似的方法,计算系统的RTI 增益误差和线性误差。

    一般而言,您可以利用和的方根(RSS) 计算方法,将不相关的DC 误差、偏置增益、偏移量和线性组合在一起。注意,您应该把这些误差归因为系统输入。利用下列公式,您可以组合DC 误差来确定系统的总不可调误差(TUE):

TUESYSTEM = (SYSTEMOFFSET-ERROR2 + SYSTEMGAIN-ERROR 2 + SYSTEMLINEARITY-ERROR2)

    总之,随着增益的增加,SAR-ADC 的精确度即TUE 变得糟糕。其意义可能并非立刻显现,但需记住有两个因素在起作用。增加PGA 增益,让系统输入满量程电压范围和我们的12 位系统的实际电压LSB 大小降低,同时OPA 和ADC 的绝对电压误差减少。不幸的是,PGA 偏置电压误差保持恒定。

    让我们把这种讨论同△-∑转换器的TUE特性进行对比。您中的许多人在这次EDN 系列期间回复了电子邮件,对我之前发表的《冒一次险,去掉那些比特吧!》文章中所提问题(PGA-SAR 和△-∑ 转换器哪种最好?)的答案进行了回答。许多读者都认为△-∑转换器在这次比较中获胜。

    正如所有其他ADC 一样,△-∑转换器产生偏置、增益和线性DC误差。过程增益与△-∑转换器对模拟增益与PGA-SAR 电路运用之间的关键区别是,偏置误差不乘以过程增益。另一方面,增益和线性误差与过程增益增加成反比例关系。最终结果是TUE随过程增益的增加而降低。但是,FSR 百分比TUE保持恒定。

    有时,理论难讲,而事实更容易理解。为了更容易讨论,表1 列举了顶级PGA-SAR 系统对比先进△-∑ 转换器的数据。

表1 将基线数据同PGA-SAR 系统和△-∑ 转换器的TUE性能对比。

    表1 中,PGA-SAR 系统的器件为PGA116(可编程增益放大器)、OPA351(运算放大器)和ADS7886(12 位ADC)。△-∑转换器为ADS1158(24 位ADC)。

    在特定的精确度评估中,我们发现两个系统都没有12 位精确度水平性能,但是PGA-SAR 组合一般较△-∑ 转换器更加精确。我对您们找到两个具有相当吞吐速率的系统(其中,在其全部增益范围内PGA-SAR 系统的精确度一般低于△-∑ 转换器)表示怀疑。逛逛TI E2ETM社区,您可以参加其他数据转换器讨论:http://e2e.ti.com/cn/forums/default.aspx?GroupID=10。

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