原标题：大佬带你深入ADC，亲身传授ADC外围电路设计方法

模数转换器（ADC）是电子系统中至关重要的组件，负责将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，以供微处理器或数字信号处理器进一步处理。为了确保ADC能够准确、稳定地工作，其外围电路的设计至关重要。以下将详细解析ADC外围电路的设计方法。

一、ADC外围电路概述

ADC外围电路的设计通常涵盖模拟电路、数字电路以及电源电路三个方面。模拟电路部分负责处理输入信号，包括信号的放大、滤波和采样保持等；数字电路部分则处理ADC输出的数字信号，实现数据的传输和接口转换；电源电路为整个系统提供稳定可靠的电源供应。

二、模拟电路设计

1. 前置放大器电路

目的：由于多数ADC的模拟输入信号较小，需要通过前置放大器提升输入电压至ADC可接受的范围内。

选型：前置放大器一般选用集成运算放大器、仪表放大器或隔离放大器等。选择时需考虑放大器的带宽、精度、输入阻抗和输出阻抗等参数，确保放大器的性能优于所选ADC。

设计要点：

• 对于输入电阻较小的ADC，若信号源内阻较大，需选用高输入阻抗、低输出阻抗的放大器。

• 有时可在放大器后加接电压跟随器，进一步提高输入阻抗，实现阻抗匹配。

2. 采样保持电路

目的：在ADC转换期间保持输入电压不变，避免因输入信号变化而引起的转换误差。

设计要点：

• 捕获时间：采样保持器的采样阶段所需时间应与ADC的转换时间合理配合。捕获时间过大会影响ADC的转换速率，过小则可能产生功能混乱或数据丢失。

• 顶级率：保持的模拟电压随时间的延续而有所下降（或上升）的速率。顶级率过大会影响转换精度。顶级率和捕获时间不仅与采样保持电路有关，还与外接的保持电容有关。增大电容可以减小顶级率，但会增大捕获时间，因此需要综合考虑。

• 对于模拟输入电压变化缓慢的系统，可以不使用采样保持电路。一般模拟输入电压变化不超过ADC分辨率的1/2LSB（最低有效位）时，可省略采样保持电路。

三、数字电路设计

1. 并行接口电路

目的：实现ADC与微处理器或其他数字电路之间的快速数据传输。

设计要点：

• 大多数ADC提供并行接口，数据总线宽度通常为8位或16位。设计时需根据微处理器的数据总线宽度选择合适的接口方式。

• 并行接口除了数据线外，还需包括启动转换信号线、读/写信号线、片选信号线等控制信号线。需确保这些信号线的时序与微处理器的总线时序相匹配。

2. 串行接口电路

目的：简化电路布线，减少芯片引脚数量。

设计要点：

• 串行接口只需一根双向数据线（或两条传输方向相反的数据线）和少量控制线。常见的串行接口包括通用异步接收/发送器（UART）、串行外围接口（SPI）和I²C总线等。

• 设计时需根据具体应用场景选择合适的串行接口标准，并配置相应的接口电路。

四、电源和接地设计

目的：为ADC及其外围电路提供稳定可靠的电源供应，减少噪声干扰。

设计要点：

• 模拟地与数字地分开：建立模拟参考点（AGND），将所有的模拟电路部分连接到该参考点上。数字地（DGND）则连接到数字电路部分和数字电源地。AGND和DGND只在靠近ADC的引脚处进行单点连接，以减少数字噪声对模拟信号的干扰。

• 电源接线：多数ADC需要多种电源供电，如5V电源供数字部分使用，15V电源供模拟部分使用。这些电源需分别接到AGND和DGND上，并确保电源变压器绕组之间具有良好的绝缘和静电隔离。

• 电源去耦：在ADC的电源引脚附近安装去耦电容，以滤除电源中的高频噪声。一般使用110μF的钽电容与0.010.1μF的高频瓷介电容并联。

五、其他设计考虑

1. 多路开关设计

目的：实现多个模拟信号源之间的切换，提高ADC的复用率。

设计要点：

• 选择低泄漏、低噪声的多路开关。

• 确保多路开关的切换速度满足ADC的采样速率要求。

2. 信号隔离设计

目的：进一步减少模拟信号和数字信号之间的干扰。

设计要点：

• 使用光电耦合器、变压器等隔离元件实现信号的电气隔离。

• 根据隔离位置的不同，选择合适的隔离方式（如隔离模拟信号端或隔离数字信号端）。

六、设计流程与注意事项

1. 设计流程

1. 需求分析：明确ADC的分辨率、采样速率、输入范围等性能指标。

2. 元件选型：根据需求选择合适的ADC芯片、放大器、采样保持器、多路开关等元件。

3. 电路设计：设计前置放大器电路、采样保持电路、接口电路和电源电路等。

4. 仿真验证：使用电路仿真软件对设计进行仿真验证，确保电路性能满足要求。

5. 制版与调试：制作PCB板，进行实物调试和优化。

2. 注意事项

• 在设计过程中需充分考虑噪声干扰问题，采取有效的去耦、滤波和隔离措施。

• 确保电路的时序匹配和信号完整性，避免信号反射、串扰等问题。

• 进行充分的测试和验证，确保ADC外围电路的性能稳定可靠。

七、总结