通过调整基准电压提高ADC精度
Abstract
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
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：
| 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。
| 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。