ADC采样时间的目的是什么?


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我想了解ADC采样时间的用法吗?

ADC I的可编程采样时间为100nsec / 500nsec和1uSec。较长采样时间的主要用例是什么?为什么不为每个信号使用100nsec?

[我也听说有时用其他名称来调用采样时间。我对转换前的电路采样和保持时间很感兴趣]

另一个问题:如果信号在采样时间内幅度发生变化,会发生什么?是下降还是上升?ADC会占据信号的最后位置还是会产生某种平均值?如果求平均,这的基础是什么,它是如何工作的?

ADC特性:

电容:最小4pF,最大:tbd

开关电阻:最小值1.5K,最大值6k

采样时间:100nsec,500nsec(选项更长,但无关紧要)


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ADC数据手册的链接将非常有帮助。
Photon

Answers:


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许多ADC输入电路会将电荷状态无法预测的电容器连接到将要采样的输入。如果输入是一个非常低的阻抗源并且不会“预算”,这不会造成问题。电容将快速匹配输入电压。如果输入是中阻抗源但电容非常低,则连接该电容可能会干扰输入上的电压,但是输入上的电压会相对较快地返回到正确的值。如果输入是高阻抗或中阻抗源,并且自身具有大量电容(例如,对于12位ADC,则它比ADC的采样电容高出数千倍),并且读数不要太频繁,大电容可能被认为是低阻抗源,不会“

如果ADC在连接输入电容和获取读数之间等待足够长的时间,则切换输入电容引起的任何干扰都可能会消除。另一方面,在某些情况下不需要这样的建立时间,但需要快速读数。将采集时间设置为可编程允许同时适应两种情况。


这是我在(已删除的)答案中试图得到的结果,但杰森坚决不同意我的看法。也许我只是没有详细介绍或以任何不太有意义的方式对其进行解释。
Kellenjb'2

杰森的答案似乎还不错。我看不到您对此发表评论。
supercat

@Kellenjb:我不会删除;我并没有不同意总的想法,只是有些细节。(我认为您可以通过一些小的修改来弥补)
Jason

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我假设您正在谈论的是具有采样电容器的ADC(例如,最常见的逐次逼近型ADC)。

如果您要谈论的是带有内置多路复用器的ADC,则采样时间非常重要,因为它可使ADC采样电容器上的电压在从前一个通道切换后稳定下来。(有关此问题的更多信息,请参见我写的博客文章。)

如果您要谈论的是单通道ADC,则采样时间仍然很重要,即使它仅采样一个信号,因为ADC采样电容器上的电压在重新连接至输入时也需要赶上该信号。 ,并从其先前的电压充电到新的电压。如果您有一个慢带宽的输入信号,这没什么大不了的,但是如果您有一个相对快速变化的输入信号,则需要通过允许足够的采样时间来确保采样电容器能够赶上它。


单信号ADC的更详细示例:

将信号频率与采样频率进行比较。假设它是100kHz采样频率下的10kHz正弦波。样本之间的相移为36度。最坏的情况是您的信号正趋于零时(就像昼长在昼夜平分点而非夏至时变化最快)一样;sin(+18度)-sin(-18度)= 0.618。因此,如果您有一个1V振幅正弦波(例如-1V至+ 1V,或者如果偏移则为0至2V),则样本之间的差异可能高达0.618V。

输入引脚和ADC采样电容器之间有一个非零电阻-至少是采样开关电阻,但如果有的话,它也可以包括外部电阻;这就是为什么您几乎总是应该在任何采样ADC的输入端至少放置一些本地存储电容器。计算该RC时间常数,并与采样时间进行比较,以查看将采样电容器重新连接至输入电压后的瞬态电压衰减。假设您的采样时间是500nsec,并且所讨论的RC时间常数是125nsec,即您的采样时间是4个时间常数。0.618V * e ^(-T / tau)= 0.618V * e ^(-4)= 11mV-> ADC采样电容器电压仍比其最终值低11mV。在这种情况下,我会说采样时间太短。通常,您必须查看ADC位计数,然后等待8或10或12个时间常数。您希望任何瞬态电压下降到ADC的1/2 LSB以下。

希望有帮助...


谢谢。我的系统可能是多路复用的,因为单个ADC引擎具有多个通道。但是,我感兴趣的特定用例是单通道情况。我不使用多路复用器。我正在尝试为整个过程建立一个心智模型,以便找出一些极端情况,例如在采样期间信号是否迅速下降,会发生什么?
2012年

我将编辑一个例子。
杰森S

很棒的博客。我需要考虑一下ADC前面的RC滤波器,现在不存在了:(
Ktc 2012年

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因此,假设最大RC = 6K *(4pf * 2)= 48nsec。那么,您绝对不希望使用100nsec的采样时间。才2 * tau。(如果采样电容实际上为4pF,则甚至为4 * tau。)然而,500nsec的采样时间为10.4 tau,这对于12位ADC来说很好。(e ^ 10.4 = 33000 =足够用于14位ADC,因为2 ^ 14 = 16384)至于外部RC ....
Jason S

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我进行了一些研究,并且一些TI应用笔记建议该上限为内部ADC上限的20倍。我进行了更多研究并与ST团队交谈,似乎1.5K / 8pf最坏的情况是8.3时间常数(足以容纳12位)。最后一个问题是我可以使用50 ohm和160pf的RC滤波器吗?
2012年
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