Qual é o objetivo do tempo de amostragem ADC?

Estou tentando entender o uso do tempo de amostragem ADC?

O ADC I possui um tempo de amostragem programável de 100nsec / 500nsec e 1uSec. Qual é o caso de uso primário de maior tempo de amostragem, por que você não usaria 100nsec para cada sinal?

[Também ouço algumas vezes que o tempo de amostragem é chamado com nomes alternativos. Estou interessado na amostra de circuitos e aguardo um tempo antes da conversão]

Pergunta adicional: o que acontece se o sinal estiver mudando de amplitude durante o tempo de amostragem? Se está caindo ou subindo? O ADC adotaria a última posição do sinal ou produz algum tipo de média? Se estiver calculando a média, qual é a base para isso, como funciona?

Características ADC:

Capacitor: min 4pF, max: tbd

resistência do interruptor: 1.5K min, 6k max

tempo de amostragem: 100nsec, 500nsec (existem opções mais longas, mas irrelevantes)

Muitos circuitos de entrada ADC conectam um capacitor com um estado de carga imprevisível à entrada que eles estão prestes a amostrar. Se a entrada for uma fonte de impedância muito baixa e não "se mover", isso não será um problema; essa capacitância corresponderá rapidamente à tensão na entrada. Se a entrada for uma fonte de impedância moderada, mas tiver uma capacitância muito baixa, conectar essa capacitância poderá perturbar a tensão na entrada, mas a tensão na entrada retornará relativamente rapidamente ao valor correto. Se a entrada for uma fonte de impedância alta ou moderada e possuir uma quantidade enorme de capacitância própria (por exemplo, para um ADC de 12 bits, ela excederá a capacitância de amostragem do ADC por um fator de alguns milhares) e, se Como as leituras não são feitas com muita frequência, o grande capacitor pode ser considerado uma fonte de baixa impedância que não "

Se o ADC esperar o tempo suficiente entre a conexão da capacitância de entrada e a leitura, qualquer distúrbio causado pela troca da capacitância de entrada provavelmente se resolverá. Por outro lado, há algumas situações em que esse tempo de acomodação não é necessário, mas leituras rápidas. A programação do tempo de aquisição permite que ambos os tipos de situações sejam acomodados.

Suponho que você esteja falando de um ADC que possui um capacitor de amostragem (por exemplo, ADC de aproximação sucessiva, que é o tipo mais comum).

Se você está falando de um ADC com um multiplexador embutido, o tempo de amostragem é muito importante, pois permite que a tensão no capacitor de amostragem do ADC se estabilize após a mudança do canal anterior. (Mais sobre esse problema em uma entrada de blog que escrevi .)

Se você está falando de um ADC com um único canal, o tempo de amostragem ainda é importante, mesmo que esteja amostrando apenas um sinal, porque a tensão no capacitor de amostragem do ADC precisa capturar esse sinal quando ele é reconectado à entrada. e carregada da tensão anterior para a nova tensão. Se você tem um sinal de entrada de largura de banda lenta, isso não é tão importante, mas se você tem um sinal de entrada de mudança relativamente rápida, é necessário garantir que o capacitor de amostragem o atenda, permitindo tempo de amostragem suficiente.

Um exemplo mais detalhado para o ADC de sinal único:

Compare suas frequências de sinal com a frequência de amostragem. Digamos que são ondas senoidais de 10kHz através da frequência de amostragem de 100kHz. Essa é uma mudança de fase de 36 graus entre as amostras. Na pior das hipóteses, é quando o sinal passa por zero (assim como a duração do dia muda mais rapidamente nos equinócios do que no solstício); sin (+18 graus) - sin (-18 graus) = 0,618. Portanto, se você tiver uma onda senoidal de amplitude de 1V (por exemplo, -1V a + 1V, ou 0 a 2V se estiver deslocada), a diferença entre as amostras pode ser alta como 0,618V.

Existe uma resistência diferente de zero entre o pino de entrada e o capacitor de amostragem ADC - no mínimo, é a resistência do comutador de amostragem, mas também pode incluir resistência externa, se houver; é por isso que você quase sempre deve colocar pelo menos algum capacitor de armazenamento local na entrada de qualquer ADC de amostragem. Calcule essa constante de tempo RC e compare com o tempo de amostragem para observar o decaimento da tensão transitória após reconectar o capacitor de amostragem à tensão de entrada. Suponha que seu tempo de amostragem seja 500nseg e a constante de tempo RC em questão seja 125nseg, ou seja, seu tempo de amostragem é 4 constantes de tempo. 0,618V * e ^ (- T / tau) = 0,618V * e ^ (- 4) = 11mV -> a tensão do capacitor de amostragem ADC ainda está 11mV fora do seu valor final. Nesse caso, eu diria que o tempo de amostragem é muito curto. Em geral, você deve observar a contagem de bits ADC e esperar algo como 8, 10 ou 12 constantes de tempo. Você deseja que qualquer tensão transitória decaia para menos de 1/2 LSB do ADC.

Espero que ajude....