图2.eval-AD4003FMCZ评估板上观察到的杂散问题
其次,进行测试,判断杂散是否来自模拟输入端。测试结果如下:
移除差分模拟输入调理电路后,杂散降低。
在AD4003的缓冲放大器ADA4807-1前端插入一个窄带RC滤波器(如1 kΩ,10 nF)后,杂散降低。
这些结果表明,杂散导致的噪声可能会通过调理电路进入AD4003的模拟输入端。然后,断开传感器输出,移除调理电路,仅留下VREF/2 CM电压输入(在ADA4807-1的同相输入端)。但仍然存在杂散,并且具有近似的电平。
那么,怀疑干扰源有可能位于eval-AD4003FMCZ信号链周围。为了证明此点,在eval-AD4003FMCZ评估板和SDP-H1控制器板上多处放置铜箔屏蔽罩。其结果是,当铜箔屏蔽罩覆盖SDP-H1板上的DC-DC电源时,如图3所示,杂散就会消失。277.5 kHz杂散频率刚好与ADP2323 稳压器的编程开关频率相符。图4显示了eval-AD7616SDZ GUI FFT捕获的3.3 V VADJ_FMC开关频率功率。
图4.eval-AD7616SDZ GUI FFT捕获的VADJ_FMC 3.3 V开关纹波。
得出的结论是,DC-DC开关频率干扰是由8.2 µH电感L5发出的。该干扰从缓冲放大器ADA4807-1的输入端注入信号链,然后进入AD4003 ADC的模拟输入端。
针对这种DC-DC电源转换器导致的杂散问题,可行的解决方案有:
- 在AD4003 ADC前端使用一个低通滤波器,以在应用带宽允许的情况下,将耦合的DC-DC开关频率干扰衰减到符合设计目标的程度(即杂散位于噪底以下)。
- 使用L5为屏蔽电感的新型SDP-H1板(BOM版本1.4)。辐射干扰功率降低,因此AD4003 ADC频谱中捕获的杂散功率也低得多。
- VADJ_FMC的电压电平可通过eval-AD4003FMCZ评估板上的EEPROM进行编程。试验证明,使用较低的电压电平(如VADJ_FMC为2.5 V)也会使杂散消失。
由AC-DC适配器噪声耦合通过外部基准源而导致的杂散问题
ADC参考其直流基准电压电平将模拟信号量化成一个数字码。因此,直流基准电压输入上的噪声将直接馈入ADC输出的数字码。
AD7175-2是一款低噪声、快速建立、多路复用、2/4通道(全差分/伪差分)Σ-Δ型ADC,可用于低带宽输入。在eval-AD7175SDZ评估板的信号链测试中,在60 kHz附近捕获到一簇杂散信号,如图5所示。
图5.eval-AD7175-2SDZ评估板上观察到的杂散问题。
经过评估发现,AD7175-2 ADC的电源和模拟调理电路都处于良好状态。但是,如图6中所示,AD7175-2的5 V基准电压输入由ADR445基准源生成,该基准源的9 V直流电源来自评估板外部的AC-DC适配器。接下来,使用一个工作台9 V直流电源模块替换该适配器。结果杂散簇消失,仅在60 kHz处留下一个窄带杂散。