高精度模数ADC转换设计注意事项

 

该模数ADC转换芯片使用的是MCP3221,关心的几个重要参数：

（1）分辨率12bit，高精度，满足大都数场合

（2）误差INL : +-2LSB  （Integral Nonlinearity：积分非线性） ;     DNL : +-1LSB（Differential Nonlinearity：微分非线性）  ，主要看微分非线性这个参数

（3）Sampling switch resistor : Rs = 1K （内部采样的开关电阻）

（4）输入范围( VSS-0.3 ~ VDD+0.3 )V

 

第一个注意事项：

分辨率是12bit，误差INL : +-2LSB  ;     DNL : +-1LSB ，为了后续更好的计算，VREF选择4.096V的一个基准电压源，这样INL : +-2LSB = +-2mV    DNL : +-1LSB = +-1mV,

I2C读取到的数据，就不需要进行换算了，读出来的值直接是电压值，单位是mV.（如果要换算，就涉及到除法运算，除不尽的时候，就会给结果带进了误差）

第二个注意事项：

ADC内部采样的开关电阻Rs = 1k， 阻抗比较小，所以要求外部的输入阻抗Rss要比这个值小得多，小到认为可以忽略外部的输入阻抗，这样采集到的电压就更精准。

 

那如何保证输入的阻抗极小呢？

一般在输入前端加运放跟随，做一级隔离缓冲处理，因运放具有输入阻抗极高，闭环时输出阻抗极小的特点。如上图 在MCP3221模拟输入前端加一级运放跟随WS72551EA-5/TR。

这时需要考虑第三个注意事项了：

运放的选择，如果要求测试的结果要达到文档上所标注的误差范围在+-1mV内，那么选择运放时就有所考虑了，而不是随便选一个运放就行。这里看下WS72551EA-5/TR运放这个参数

（1）首先尽量选择较小的offset voltage ，要在uV级别，如果这个参数在mV级别，那么测试结果与实际值会偏差比较大，根本达不到文档所说的  DNL : +-1LSB = +-1mV内。

（2）偏置电流也选小点的，尽量选在pA级别，这样就保证该运放输入的阻抗非常高，比如输入的信号电压是5V， 其输入阻抗 Z = Vs / IB = 5(V) / 10(pA) = 500GΩ  ，运放的输入阻抗越高，对前级电路的影响就越可以忽略不计。

 

满足以上几个要求，测试出来的精度肯定是跟文档描述的一致。