应用笔记 2013

通过调整基准电压提高ADC精度

By: Franco Contadini

摘要 : 本设计指南中,电路采用10位ADC、电阻分压器以及外部基准,能够将ADC的实际精度提高至13位。本文展示了通过电压缩放,将10位ADC扩展至13位设计实例。文中分别描述了MAX159 10位ADC、MAX5420电阻分压器以及MAX6141电压基准的特性。

为了提高灵活性,数据采集板应适合不同的输入电压范围,利用同一采集电路处理低幅度信号时往往需要增加几位分辨率,从而提高了系统成本。

利用本应用笔记给出的简单电路,可以采用低成本10位ADC将实际精度提高至13位。

图1
图1

ADC的1个LSB (最低有效位)为FSR/2n,其中n表示位数。FSR (满量程)取决于电压基准幅度。采用外部基准的MAX159是低功耗、108ksps串行ADC,封装于µMAX®-8,其输入范围为0至VDD + 50mV。较宽的输入范围允许利用基准缩放技术来适应不同的输入范围。

低成本、3端电压基准的输出通过数字可编程电阻分压器(MAX5420)进行缩放调节,分压器可提供精确的分压比(1、2、4、8)。分压比精度为0.025%至0.5%,取决于所选择的器件等级(A、B、C)。分压比由数字输入D1和D0决定,具体如下:

表1.
DIGITAL INPUTS
 
D1
D0
DIVIDER RATIO
0
0
1
0
1
2
1
0
4
1
1
8

MAX6141电压基准可提供4.096V输出电压。分压比为1时,1LSB为:4.096/1024 = 4mV。不同分压比下,1LSB对应的电压如下表所示。

表2.
VREF (V)
DIVIDER RATIO
LSB (mV)
VIRTUAL ACCURACY TO 4.096V FS
4.096
1
4
10-bit
2.048
2
2
11-bit
1.024
4
1
12-bit
0.512
8
0.5
13-bit

该电路中有效分辨率仍然为10位。但与4.096V FSR系统相比,实际精度得到了提高。即使在分压比为8时,1个LSB仍然大于转换器的典型噪底(300µV)。确保ADC性能不受限于LSB的降低。