数字电源之——ADC采样保持窗口时间

　　本文分析数字电源ADC采样时间的原理、误差来源、改善方法。

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1、ADC采样原理

         根据ADC采样，外部电路的不同。模拟信号的速度和效率的不同。

         一些电路需要更长的时间传送到ADC的采样电容。

2、ADC采样保持窗口时间长短对ADC采样效果的影响

         数字控制器采样时间过长，导致控制环路延时很长，影响闭环控制效果和响应。

                            采样时间过短，导致采样电容的充电时间不够，采到的电压低于实际电压值。

3、数字控制器的ADC模块的等效电路

　　对于DSP28035来说，ADCIN引脚可以用RC电路模拟表示。

        采样电容C_h为1.6pF；

        引脚寄生电容C_p为5pF；

        开关电阻R_on为3.4k欧；

        那么，R_on与C_h组成的电路的时间常数为5.44ns

         

            R_s为上级电路信号源的输出电阻。如果R_s为50欧的话，那么，时间常数为0.25ns。

　　　　

            因此，电压采样电路，常常通过使用电压跟随器电路来降低输出电阻。

         对于stm32系列单片机，它的采样电路等效模型为：

                根据数据手册，C_ADC典型值为5pF。C_ADC比DSP的C_h还大些。该模型与dsp的ADC模型等效电路相似。

         对于dsPIC33系列单片机，它的采样电路等效模型为：

           数据手册有写，这个电容最大50pF。

          因此，外部电阻Rs的大小，直接关系到数字控制器的采样窗口时间。后文，有详细的推导。 

4、RC时间常数与Uc电压的关系

       时间常数表示过渡反应的时间过程的常数。指该物理量从最大值衰减到最大值的1/e所需要的时间。

　　　　当t = RC时，  Uc(t)  = 0.63Uc_max；

　　　　当t = 2RC时，Uc(t)  = 0.86Uc_max；

　　　　当t = 3RC时，Uc(t)  = 0.95Uc_max；

　　　　当t = 4RC时，Uc(t)  = 0.98Uc_max；

　　　　当t = 5RC时，Uc(t)  = 0.99Uc_max；

　　可见，经过3~5个RC后，充电过程基本结束。

5、数字控制器如何设定ADC采样窗口时间。

              如果上级电路的R_s电阻足够小的时候，那么窗口采样时间留3~5个R_on与C_h组成的时间常数。

              如果上级电路的Rs电阻很大，那么ADCIN引脚的C_p上升时间很长，那么窗口时间还得加上3~5个由Rs与C_p组成的时间常数。（一般来说：正常运行的电路，C_p上的电压应该不会突变，那么C_p上的初始值就不是零，在这里的窗口时间就不用留3~5个时间常数，仅仅考虑R_on与C_h组成的窗口时间就可以了）

              对于dsPIC的ADC输入等效模型，窗口时间留3~5个Rs与C组成的时间常数就可以啦。