我一直有個問題，使用模數(shù)轉換器 (ADC) 是否像將傳感器輸出連接到其模擬輸入并開始讀取讀數(shù)一樣簡單?精明的讀者看到我只回答了這個問題的一部分——地面通常是 ADC 讀數(shù)失控的罪魁禍首，但它不是唯一的。

驅(qū)動模擬輸入也值得制造商關注。三種情況需要使用外部模擬驅(qū)動器來輔助 ADC。讓我們考慮小信號、噪聲信號和更快信號的情況。

1. 使用盡可能多的范圍

許多模擬傳感器從最小讀數(shù)到最大讀數(shù)產(chǎn)生非常小的電壓擺幅。此外，理論擺動與操作過程中看到的實際擺動可能存在很大差異。工程師喜歡為最壞的情況調(diào)整大小。在沒有外部幫助正確縮放信號的情況下使用 ADC 可能是一個壞習慣。

一個簡單的例子是專為家庭使用而設計的溫度計。從 35°C 的低溫到 41°C 的高熱的讀數(shù)可能僅使用設備中傳感器的部分測量能力。另一個例子是加速度計。當預期為 ±6 g 時，不需要 ±30 g 零件。

當讀數(shù)僅使用范圍的一小部分時會發(fā)生什么?想想看。如果高 8 位在 ADC 操作期間從未改變，那么恭喜，我們已經(jīng)將 12 位轉換器變成了 4 位轉換器。降低分辨率，信號中的細微差別就會消失。

這意味著制造商設計傳感器系統(tǒng)需要三個步驟：

· 選擇一個范圍足夠大的傳感器，加上正常操作期間預期的擺動余量。

· 如果擔心中點毛刺，請放大并移動傳感器信號以占用 ADC 輸入范圍的一半。

· 選擇具有適當分辨率的 ADC 以將讀數(shù)間隔在該半范圍內(nèi)。

1. 處理一點噪音，或者更多

外部放大也以另一種方式有所幫助。更強的模擬信號更能抗噪，而數(shù)字平均 ADC 讀數(shù)有助于消除白噪聲。稍微提升一點可能會提高信噪比 (SNR)，足以讓單端模擬子系統(tǒng)產(chǎn)生良好的結果。

上次我們談到了單端與差分信號的概念。單端方法僅使用一根線來傳輸模擬信號，其返回路徑依賴于系統(tǒng)范圍的接地。差分方法使用兩根導線，一根加號和一根減號，產(chǎn)生與接地無關的電壓差。雙絞線可以幫助差分信號保持安靜，為兩條線上的噪聲提供消除效果。

這里暗示使用差分輸入升級到 ADC。大多數(shù)低成本 ADC，包括微控制器上的 ADC，都是單端的。差分輸入是較高采樣率的精密 ADC 的一個共同特征，可能值得獲得預期的位數(shù)。

1. 更高的采樣率

盡管我們盡最大努力簡化事情，但有時物理學變得不可避免。在許多 ADC 架構中，它們的模擬輸入看起來是電容性的，這使事情變得更加復雜。例如，一些 ADC 在采樣保持中使用開關電容方案來穩(wěn)定捕獲信號。信號變化太大，電流驅(qū)動太小，充電時間不夠，樣本永遠達不到輸入信號的電平。

克服電容性浪涌需要能夠快速泵送足夠電流的 ADC 驅(qū)動器。壓擺率測量驅(qū)動器響應其輸入產(chǎn)生輸出電壓變化的速度。高壓擺率 ADC 驅(qū)動器還需要更多帶寬，帶寬是驅(qū)動 ADC 采樣率的 5 到 10 倍。在雷達和 5G 設計中非常高的采樣率下，傳輸線理論和阻抗匹配開始發(fā)揮作用，這超出了大多數(shù)制造商的范圍。

更容易為工作選擇零件

我們在 ADC 科學方面取得了很大進展，該科學正在成熟到優(yōu)化部件針對某些應用的程度。大多數(shù) ADC 供應商還可以選擇為特定工作創(chuàng)建的 ADC 驅(qū)動程序。這使工程師能夠處理差分信號、壓擺率、帶寬、共模噪聲抑制等。

使用外部模擬驅(qū)動器輔助 ADC 為將信號從噪聲中提取出來設置了正確的比例。結合跨越預期物理輸入范圍的傳感器，驅(qū)動器使 ADC 可以使用更多的數(shù)字范圍。隨著速度的提高，ADC 驅(qū)動器可以幫助制造商在音頻、無線電或視頻應用中工作。