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5.3 建立SAR ADC的仿真模型

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hello,大家好 欢迎来到 TI Precision Lab 网络培训课程 本次课程主要介绍 如何建立 SAR ADC 的仿真模型 第六步是关于如何建立 SAR ADC的仿真模型 首先我们可以从手册中得到 ADC 的等效输入电路的模型 在这个例子中 我们可以看到 等效的输入电容是 59pF 这是由采保电容和寄生电容所组成 等效的导通阻抗是 96Ω 那么我们如何从等效的输入电路 来产生 TINA SPICE 的仿真模型 首先我们需要将等效电路增加 基于等效电路 增加采保电路的复位电路 增加采保电路的复位电路 然后再消除二极管的保护电路 最后将开关管 将所有的开关管由压控开关来替代 最终我们形成 TINA SPICE 的仿真模型 这是一个基于 TINA SPICE 的仿真模型 来构建的一整套系统的仿真模型 包括外部输入的驱动电路以及滤波电路 在电路的上面 我们增加了一个误差检测电路 它是用来检测整个采样保持电路的 输出电压和运放的输出电压之间的误差 那接下来我们来配置压控开关 点击压控开关 我们会形成中间这幅图的界面 我们将压控开关配制成 1V 导通,0V关断 然后我们来配置压控开关的信号源 首先点击信号源 会产生左下面的对话框 点击信号 signal 一栏 右边的按钮会产生编辑页面 我们选择 Piecewise linear 模式 在这种配置下 我们可以看到左边红色框内是 时间轴的坐标 右边蓝色框内是对应的电压值 1V 导通,0V关断 在这种配置下 我们可以产生最下方的开关波形 可以看到开关周期是 1000ns 导通的时间是 290ns 上升沿和下降沿各 1ns 这是我们之前所选 ADC 的例子中 所需要的时序图 由此时序图可以看到 采样率是 1MHz 一个采样周期 就是 1μs 最大的转换时间 转换阶段是 710ns 采样阶段是 290ns 因此我们需要配置采样和转换的时序 首先上面是配置采样的时间 290ns 采样周期是 1000ns 下面是在采样 在转换结束之后 需要设置一个 10ns 的复位信号 注意上升沿和下降沿都是 1ns 接下来我们需要去优化仿真结果 在 Analysis 下拉菜单中选择 Set Analysis Parameter 一栏 可以产生中间这幅对话框 我们在红色区域 需要按照这种参数来配置 这可以增加仿真的点数 以至于可以捕抓到 更短时间内的一些瞬态波形 最后点击右下方的箭头来进行配置 实现配置 接下来我们同样在 Analysis 下拉菜单中 选择 Options 一栏 这里是选择小数点后面的 后几位的精度 我们将精度调到六位 也就是说我的采样数据会 显示小数点后六位 那我们通过直流的仿真分析 可以看到运放的输出 跟输入电压是有一个很小很小的误差 这是由运放的失调电压所造成的 那我们误差电压的结果 其实是采样保持电路的输出电压 和运放的输出电压之间的差 然后我们进行瞬态的一个分析 我们可以看到 相应各个节点的电压波形 包括外部滤波电容上的电压 采样保持电路上的电压 误差电压以及运放的输出电压 其中最关键的电压信号是误差电压信号 我们可以看到在每次转换结束之后 误差电压会变得非常大 这是由于采样保持的电压会被复位 这是由于采样保持的电压会被复位 而每次采样保持结束之后 误差电压是 误差电压和运放的输出电压 是需要在采样保持结束之后 来达到一个稳定状态 那么我们放大误差电压的信号 可以看到 误差电压在采样结束采样阶段结束时 已经稳定在非常小 系统是要求误差电压要小于 1/2的最低有效位电压 在这个例子中 就是 38.1μV 的电压 在接下来的视频中 我们将细调外部滤波电路的 RC 值 谢谢大家

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欢迎来到 TI Precision Lab

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本次课程主要介绍

如何建立 SAR ADC 的仿真模型

第六步是关于如何建立 SAR ADC的仿真模型

首先我们可以从手册中得到

ADC 的等效输入电路的模型

在这个例子中

我们可以看到

等效的输入电容是 59pF

这是由采保电容和寄生电容所组成

等效的导通阻抗是 96Ω

那么我们如何从等效的输入电路

来产生 TINA SPICE 的仿真模型

首先我们需要将等效电路增加

基于等效电路

增加采保电路的复位电路

增加采保电路的复位电路

然后再消除二极管的保护电路

最后将开关管

将所有的开关管由压控开关来替代

最终我们形成 TINA SPICE 的仿真模型

这是一个基于 TINA SPICE 的仿真模型

来构建的一整套系统的仿真模型

包括外部输入的驱动电路以及滤波电路

在电路的上面

我们增加了一个误差检测电路

它是用来检测整个采样保持电路的

输出电压和运放的输出电压之间的误差

那接下来我们来配置压控开关

点击压控开关

我们会形成中间这幅图的界面

我们将压控开关配制成

1V 导通,0V关断

然后我们来配置压控开关的信号源

首先点击信号源

会产生左下面的对话框

点击信号 signal 一栏

右边的按钮会产生编辑页面

我们选择 Piecewise linear 模式

在这种配置下

我们可以看到左边红色框内是

时间轴的坐标

右边蓝色框内是对应的电压值

1V 导通,0V关断

在这种配置下

我们可以产生最下方的开关波形

可以看到开关周期是 1000ns

导通的时间是 290ns

上升沿和下降沿各 1ns

这是我们之前所选 ADC 的例子中

所需要的时序图

由此时序图可以看到

采样率是 1MHz

一个采样周期

就是 1μs

最大的转换时间

转换阶段是 710ns

采样阶段是 290ns

因此我们需要配置采样和转换的时序

首先上面是配置采样的时间

290ns

采样周期是 1000ns

下面是在采样

在转换结束之后

需要设置一个 10ns 的复位信号

注意上升沿和下降沿都是 1ns

接下来我们需要去优化仿真结果

在 Analysis 下拉菜单中选择

Set Analysis Parameter 一栏

可以产生中间这幅对话框

我们在红色区域

需要按照这种参数来配置

这可以增加仿真的点数

以至于可以捕抓到

更短时间内的一些瞬态波形

最后点击右下方的箭头来进行配置

实现配置

接下来我们同样在 Analysis 下拉菜单中

选择 Options 一栏

这里是选择小数点后面的

后几位的精度

我们将精度调到六位

也就是说我的采样数据会

显示小数点后六位

那我们通过直流的仿真分析

可以看到运放的输出

跟输入电压是有一个很小很小的误差

这是由运放的失调电压所造成的

那我们误差电压的结果

其实是采样保持电路的输出电压

和运放的输出电压之间的差

然后我们进行瞬态的一个分析

我们可以看到

相应各个节点的电压波形

包括外部滤波电容上的电压

采样保持电路上的电压

误差电压以及运放的输出电压

其中最关键的电压信号是误差电压信号

我们可以看到在每次转换结束之后

误差电压会变得非常大

这是由于采样保持的电压会被复位

这是由于采样保持的电压会被复位

而每次采样保持结束之后

误差电压是

误差电压和运放的输出电压

是需要在采样保持结束之后

来达到一个稳定状态

那么我们放大误差电压的信号

可以看到

误差电压在采样结束采样阶段结束时

已经稳定在非常小

系统是要求误差电压要小于

1/2的最低有效位电压

在这个例子中

就是 38.1μV 的电压

在接下来的视频中

我们将细调外部滤波电路的 RC 值

谢谢大家

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5.3 建立SAR ADC的仿真模型

所属课程:TI 高精度实验室 – ADC系列视频 发布时间:2018.03.15 视频集数:28 本节视频时长:7:21
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