模数转换器 (ADC)

6.3 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