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ADS8688: ADS8688前端滤波设计的问题

Part Number:ADS8688

在用ADS8688多通道ADC时,鉴于这个ADC是SAR型的,专门查阅相关的文章,前面抗混叠可以理解,这个缓冲运放与桶式滤波器有点问题。

1.公式10里面的Vfilt和Vfinal定义不清楚,如过Vinit是实际电压,Vfinal是采样开始时,外部电容上给Csh充电导致的跌落电压,那么公式10可以理解,因为表达的意思是从Vfinal开始以压差(Vinit-Vfinal)充电,实时电压值为充电变化加上Vfinal。公式11代表的是经过tacq时间后的Vfilt与Vfinal的差值,可是实际的电压应该是Vinit,尝试过将Vinit带入计算,结果得出时间常数为负值。这几个公式可以解释下吗?

2.这个计算过程始终不包含ADC的采样输入电阻,这个电阻和Csh本身也 是个RC,一定会比外部的RC小而不考虑吗?

3.为什么这个地方采用缓冲运放加桶式滤波方式,而不是考虑外部RC的C远大于内部Csh,外部的C上电压降减小到0.5LSB。(尝试过采样过程没有运放充电计算外部RC,要使外部RC上压降小于0.5LSB是需要很大的电容,但是这个是建立在没有充电的前提下,这个假设不大合适)

4.ADS8688看别人的设计,前面是个8阶低通抗混叠滤波器,然后就直接进ADC的采样通道,并没有运放缓冲和桶式滤波器,这个有问题吗?

5.ADS8688没有采样时的等效输入电路,这个通道电阻也没查出来。

6.ADS8688内部有缓冲运放,典型输入阻抗1M,前面的缓冲运放与桶式滤波是不是本来就不需要。

期待详细解答的帮助。

Amy Luo:

您好,

首先ADS8688的ADC驱动电路,即运放滤波电路已经集成在芯片内部了,在使用ADS8688时不需要再设计,看内部框图也可以看出来。

您说的。我需要解释的是:

公式10各参数在表格后一列有表述,Vinit 不是实际电压,它是采样初始电压,Vfinal是充电 Cfilt 上的采样最终电压。

实时电压值为公式等号左边的Vfilt,它随时间t变化。

采样开始时Vfilt 的跌落电压假设的是100mV,如下截图所示:

后续问题,明天我会继续看下

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user1993031:

问题在于,标蓝处如果Vfinal是Cfilt充满电的最终值,那么12还成立么?我认为Vfinal是采样开始时的外部电容电压,就是绿色曲线上100mV drop箭头指示的那个点。

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Amy Luo:

RC充电这个标准公式中定义的Vfinal就是充电稳态电压值,Vinit就是充电起始电压值。您在网上搜电路瞬态分析的三要素公式应该就能找到,如下我找到的一个链接:

http://course.5any.com/CourseLearning/WebUI/Learning/ShowStructureActivity/20147a001/45862

公式12 就是假设的跌落电压100mV,公式12 可能相差一个负号,Vinit -Vfinal= – 100mV

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user1993031:

我重新表达下,我认为的Vinit是你图中绿色曲线下凹左侧平的部分,Vfinal是100mV droop那个点,Vfilt是实时电压,那么公式10和12完全解释的通,公式11将Vfinal改为Vinit也就解释的通了。

这样才对吧,但是与这个结果对不上

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Amy Luo:

user1993031 said:结果得出时间常数为负值。

您在计算时间常数是吗?您是怎样计算的?

user1993031 said:但是与这个结果对不上

与哪个结果对不上

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user1993031:

公式11我认为的是

Vinit-Vfilt=0.5LSB,这个计算后公式14的自然对数括号内有减1

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Amy Luo:

user1993031 said:

公式11我认为的是

Vinit-Vfilt=0.5LSB,

0.5LSB这个误差的定义是ADC 采保电容充电后的电压误差要小于 1/2 的 LSB ,这里说的是与充满电的时候的电压的误差值。

采保电容电压与期望采集的电压误差是0的时候,也就是采保电容充满电的时候,充满电的时候电压是Vfinal, 因此误差为0.5LSB的计算公式是Vfinal-Vfilt。

更详细的ADC转换周期,您可以看下下面视频:

https://edu.21ic.com/video/2424

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Amy Luo:

关于后续问题:

2、

user1993031 said:2.这个计算过程始终不包含ADC的采样输入电阻,这个电阻和Csh本身也 是个RC,一定会比外部的RC小而不考虑吗?

这个计算过程是根据误差倒推的采保电容需要的时间常数,这个时间常数就是Rsh*Csh。

user1993031 said:3.为什么这个地方采用缓冲运放加桶式滤波方式,而不是考虑外部RC的C远大于内部Csh,外部的C上电压降减小到0.5LSB。

因此采样时间很小,电路需要在采样时间内将采保电容上的电压稳定在误差范围内。外部C很大的话,充电时间就会很长,在短的采样时间内采保电容电压达不到误差范围内,ADC转换误差就会很大。

user1993031 said:

4.ADS8688看别人的设计,前面是个8阶低通抗混叠滤波器,然后就直接进ADC的采样通道,并没有运放缓冲和桶式滤波器,这个有问题吗?

5.ADS8688没有采样时的等效输入电路,这个通道电阻也没查出来。

如上所述,ADS8688内部已经集成了ADC驱动电路,用户不需要这些参数datasheet也就没有给出。

user1993031 said:6.ADS8688内部有缓冲运放,典型输入阻抗1M,前面的缓冲运放与桶式滤波是不是本来就不需要。

是的,内部已经集成了ADC驱动电路

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user1993031:

从整个视频来看,整个计算过程是推导外部RC和运放的带宽,ADC的输入特征里面就用了Csh采样保持电容,因此:“这个时间常数就是Rsh*Csh。”根本没法成立。这个计算过程我再想想,主要问题在于Vinit、Vfinal等的具体所指不是很明确,绿色曲线上对应不起来。

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Amy Luo:

Amy Luo said:这个时间常数就是Rsh*Csh。

很抱歉,我这里错了,我这里写的太想当然了。这个时间常数就是截图中公式14 τc;

user1993031 said:2.这个计算过程始终不包含ADC的采样输入电阻,这个电阻和Csh本身也 是个RC,一定会比外部的RC小而不考虑吗?

这个Rsh电阻,我理解应该是忽略了,或者将Rsh考虑为Rfilt的一部分了。因为上图绿色曲线上升时间内,采样电容Csh的充电主要来自通过Rfilt的运放电压输出而非Cfilt的储能。

user1993031 said:主要问题在于Vinit、Vfinal等的具体所指不是很明确,绿色曲线上对应不起来。

Vinit应该对应的是绿色最低电压处,Vfinal是绿色最右端,或者说采样时间末尾处。

其实它这里做了一个近似,忽略了Cfilt储能对Csh的充电时间,因为ADC内部每个采样周期都会对Csh复位,Csh在采样起始点是0V,但是采样开关闭合后,Cfilt会对Csh迅速充电,也就是绿色曲线下降部分或红色曲线上升部分,这部分时间很短,就忽略了。如果不忽略的话,截图中公式14 中的tacq这个采样周期应该减去这个时间。这样把整个推导过程就变得复杂了。

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user1993031:

你好,估计你没有看完整的视频,给Csh充电的电荷前面有个假设,一半来自运放,一半来自外部电容。并且运放带宽是外部RC的四倍。在这些假设的前提下,计算RC和运放带宽。

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Amy Luo:

这些信息我看了。我不知道您对公式10的来源是否有了解?

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user1993031:

公式10我认为我理解没错,Csh上的电压Vfilt是以tc(运放与RC组成的二阶系统的时间常数)充电,零状态电压等于Vfinal(就是100mV drop位置),从这个值开始充电,因此后面有 +Vfinal项,前面的(Vinit-Vfinal)*e的指数,就是常规的RC充电表达式。

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Amy Luo:

我不知道您哪里还有疑问?

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user1993031:

这样定义对应位置就正确了,公式12可能差个负号。

感谢耐心回复,以后遇到问题,我尽力提高问题目标的表达明确性。

再次感谢。

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Amy Luo:

user1993031 said:公式12可能差个负号

是的,公式12差个负号。示意图中曲线是正确的。

不客气~

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user1993031:

帖子提出时的问题2我们似乎因为公式的问题忘记了吧,这个没想清楚,翻了下回复,也没回答。

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Amy Luo:

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user1993031:

这块我们简单聊了下,意见是没统一的。

按照典型结果Cfilt典型值20倍的Csh,通常的Rfilt在100Ω范围,采样阶段 的输入电阻10~100Ω范围,计算下来外部Rfilt*Cfilt与Rsh*Csh差不多大小的啊。

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Amy Luo:

Rsh*Csh这个时间常数在这里没意义,对Csh的充电时间常数τc是运放与RC的共同作用的电阻的等效值R与Csh的乘积。不知道您是否明白我这里说明的信息?

从公式11(Vfinal-Vfilt=0.5LSB)来看,应该是忽略了Rsh,如果不忽略Rsh,公式11应该是Vfinal-Vsh=0.5LSB

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user1993031:

这样对,应该是把Rsh等效进去了

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