有限电源阻抗会如何影响数据采集系统

作者：Vaibhav Kumar 德州仪器

工程师们喜欢通过多种方法简化设计流程。我最喜欢的是一直采用低阻抗电源驱动模数转换器 （ADC） 输入。为什么我会对这种方法情有独钟？因为它可为精确数据采集模块带来诸多优势。

我们首先来看一种常见应用，其中需要将高电压信号源进行电平转换，将其转换为所需的 ADC 输入范围。图 1 中的简单分压器可用来解决该问题，即将 +/-5V 信号电平转换为 0-5V。该分压器的等效阻抗 Req 等于 R1 与 R2 的并行结合。

那么，这种有限电源阻抗会如何影响数据采集系统？

图 1

高电源阻抗会在数据采集过程中产生线性和非线性错误。导致数据采集系统低 SNR 及 THD 性能的主要错误包括：

增益错误：ADC 输入端的电源阻抗与 ADC 的输入阻抗构成分压器。电源阻抗中的这种输入压降会产生测量过程中的增益错误。保持低电源阻抗有助于将这种系统错误保持在较低水平；

趋稳时间错误：要实现精确转换，需要在数据转换器的有效采集时间内对 ADC 输入进行稳固。ADC 内部的采样电容器只允许在该采集时间内充电。ADC 输入端的电源阻抗能够与 ADC 的输入电容器一起创建更多时间常数。因此，低通滤波器会因趋稳错误在采样信号中产生错误；

失真：以上提到的由电源阻抗及输入电容产生的低通滤波器问题还会在转换过程中造成与信号有关的失真。该失真源于电容器所固有的非线性，这主要取决于其所存储的电压情况。用来采样输入信号的输入电流会在电源阻抗中产生错误电压。对于正弦波输入信号来说，该错误不但包含谐波，而且还可加重系统失真。

当驱动高精度数据采集系统中的 ADC 输入时，电源阻抗的影响会非常明显。

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