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开关电源对ADC芯片工作的影响及解决方法

作者:昌明中频电源厂家 发布时间:2022-11-24 21:53:24点击:
开关电源的工作原理是,平时Q1的周期性开关动作,再经过L1、C1,得到所需要的输出;而当输出+5V电压发生上升/下降超过一定限度(如几十毫伏),经过采样、反馈后,开关控制电路控制Q1的开关,使得输出电压向+5V回归。在+5V负载比较恒定的情况下,输出+5V的最大纹波,可以根据采样反馈电路工作原理(比如MC34063是通过比较器和锁存器来控制Q1的开关)、开关频率等计算出来。  但如果是图1中带光耦的情况,开关电源的输出不仅供给相对恒定的负载(如信号调理电路、ADC芯片),而且还要供给光耦等数字部分电路,有可能发生最坏的情况是,当开关管Q1正处于上述稳定工作中的关断时刻,光耦突然被ADC导通,此时L1、C1将要提供50mA的负载电流,而平时稳定工作中L1只提供25mA的电流,剩下电流只能从电容C1中获取,使得C1上的电压即+5V电平下降比较大。这将持续半个开关周期,直到开关管Q1打开。如果开关电源的开关频率是100KHz,而ADC芯片数据Dout的通讯频率也是100KHz左右,将引起输出+5V电压频繁波动,造成更大的输出纹波。在示波器上甚至能看到噪声反馈在+24V输入上。  上面只是理论分析的最坏情况,实际应用中,滤波电容等器件的非理想性、PCB布线等等,将使得电源纹波更大,ADC采样结果不稳定。有的微功率型隔离DC/DC,或者如电荷泵器件,只有开关管的周期性开关动作,而没有上述采样、反馈电路,输出更容易受到负载不稳定的影响,使得ADC采样结果更不稳定。

  解决办法:

  1.运放的正负电源对地除并接一个10~22F大电容以减少电源纹波外,再并接一个0.1~1F的小陶瓷电容,以通过0.1~1F高频去耦电容的作用,避免负载电容的瞬间充电对电源的影响。效果类似于数字芯片电源和地之间加的去耦电容。

  2.增大图2中ADC前端电阻R1,减小运放的输出电流,能起到一定的滤波作用。当然R1大的话,将衰减通过运放的信号。

  开关电源对参考源的影响及解决方法

  有的ADC芯片要外部提供参考源,这时外部参考源的供电,也需要参照前文所述的处理方法,采取在输入端加滤波等措施。同时注意,对连续逼近(SAR)型ADC芯片,如TLC2543芯片,采样、保持后的内部每次电压转换,都需要将采集电压和参考源的1/2、1/4、1/8等组合相比较,以确定相应n位ADC结果的第(n-1)位、第(n-2)位等,参考源的分压是通过电容实现的。

  这样,对应转换每位均需要将参考源VREF通过开关接到相应分压电容上,对参考源而言,将看到一个变化的容性负载,从而产生了上文所说的问题。如果ADC芯片内部没有参考源缓冲电路,而外部参考源的容性负载能力又不够时,需要在外部参考源输出端,串一个缓冲器,再通过一个RC电路接到ADC芯片的参考源输入端。其它处理方法,同上文所述,如在外部参考源的电源端,并接一个10~22F大电容和一个0.1~1F的小陶瓷电容等。

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