ADC采样时间的目的是什么?

电器工程 ADC
2022-01-21 06:44:49

我想了解 ADC 采样时间的用法?

我拥有的 ADC 具有 100nsec/500nsec 和 1uSec 的可编程采样时间。较长采样时间的主要用例是什么,为什么不对每个信号使用 100 纳秒?

[我还听说有时采样时间被称为替代名称。我对转换前的电路采样和保持时间感兴趣]

附加问题:如果信号在采样期间发生幅度变化,会发生什么情况?如果是下降还是上升?ADC 会采用信号的最后一个位置还是会产生某种平均值?如果平均,这是什么基础,它是如何工作的?

ADC 特性:

电容:最小 4pF,最大:待定

开关电阻:最小 1.5K,最大 6k

采样时间:100nsec、500nsec(有更长的选项但无关紧要)

2个回答

我假设您正在谈论具有采样电容器的 ADC(例如,最常见的逐次逼近型 ADC)。

如果您谈论的是具有内置多路复用器的 ADC,则采样时间非常重要,因为它允许 ADC 采样电容器上的电压在从前一个通道切换后稳定下来。(有关此问题的更多信息,请参见我写的博客文章。)

如果您谈论的是具有单通道的 ADC,即使它只对一个信号进行采样,采样时间仍然很重要,因为 ADC 采样电容器上的电压需要在重新连接到输入时赶上该信号,并从之前的电压充电到新的电压。如果您的输入信号带宽较慢,这没什么大不了的,但如果您有一个相对快速变化的输入信号,则需要确保采样电容器能够赶上它,并留出足够的采样时间。


单信号 ADC 的更详细示例:

将您的信号频率与采样频率进行比较。假设它是通过 100kHz 采样频率的 10kHz 正弦波。这是样本之间的 36 度相移。最坏的情况是当您的信号通过零时(正如昼长在昼夜平分点而不是冬至时变化最快);sin(+18 度) - sin(-18 度) = 0.618。因此,如果您有 1V 幅度的正弦波(例如 -1V 到 +1V,或者如果偏移为 0 到 2V),则样本之间的差异可能高达 0.618V。

输入引脚和 ADC 采样电容器之间有一个非零电阻——至少是采样开关电阻,但如果有的话,它也可以包括外部电阻;这就是为什么您几乎总是应该在任何采样 ADC 的输入端放置至少一些本地存储电容器。计算 RC 时间常数并与采样时间进行比较,以查看将采样电容器重新连接到输入电压后的瞬态电压衰减。假设您的采样时间是 500 纳秒,所讨论的 RC 时间常数是 125 纳秒,也就是说,您的采样时间是 4 个时间常数。0.618V * e^(-T/tau) = 0.618V * e^(-4) = 11mV --> ADC 采样电容电压仍与其最终值相差 11mV。在这种情况下,我会说采样时间太短了。通常,您必须查看 ADC 位数并等待 8、10 或 12 个时间常数。您希望任何瞬态电压衰减到 ADC 的 1/2 LSB 以下。

希望有帮助....

许多 ADC 输入电路会将具有不可预测电荷状态的电容器连接到它们即将采样的输入。如果输入是一个非常低的阻抗源并且不会“让步”,这不会造成问题;该电容将快速匹配输入电压。如果输入是中等阻抗源但电容非常低,则连接该电容可能会干扰输入电压,但输入电压会相对较快地恢复到正确值。如果输入是高阻抗或中等阻抗源并且自身具有大量电容(例如,对于 12 位 ADC,它超过 ADC 的采样电容几千倍),并且如果读数不是太频繁,大电容可能被认为是一个低阻抗源,不会“

如果 ADC 在连接输入电容和读取读数之间等待足够长的时间,则由切换输入电容引起的任何干扰都可能会消失。另一方面,在某些情况下不需要这种稳定时间,但需要快速读数。使采集时间可编程允许适应这两种情况。