诡道荒行1. SAR ADC外部电阻影响与片上校准技术解析
在电力监测和工业控制系统中，模数转换器(ADC)的精度直接影响整个系统的测量准确性。逐次逼近型(SAR)ADC因其出色的精度和快速响应特性，成为这些应用场景的首选。然而在实际电路设计中，工程师常常需要在ADC前端添加外部电阻，用于实现抗混叠滤波或输入保护等功能，这些电阻却会引入不可忽视的增益误差。
1.1 外部电阻的应用场景
在典型的电力监测信号链中(如图1所示)，电流通过电流互感器(CT)转换为电压信号，电压则通过电阻分压网络进行降压。这些信号经过可编程增益放大器(PGA)调理后，由SAR ADC进行数字化处理。为了确保系统可靠性和信号质量，设计中经常需要加入外部电阻：
抗混叠滤波需求：电力系统通常要求每个工频周期采集256个样本，对于50Hz电网意味着采样频率为12.8kSPS。根据奈奎斯特采样定理，需要抑制6.4kHz以上的频率成分。虽然现代SAR ADC内部已集成抗混叠滤波器，但在低采样率应用时，仍需要外部RC滤波器提供更强的滤波效果。
输入保护需求：在继电器保护等应用中，故障条件下可能产生高达±30V的过电压。虽然ADC内部有钳位保护电路(可耐受±16.5V)，但可能引发过大电流。通过在输入端串联电阻可限制电流在安全范围内(通常<10mA)。计算表明，当输入电压为30V时，需要至少1.35kΩ的电阻来限制电流。
实际设计中选择外部电阻值时，应同时满足滤波频率要求和电流限制要求，通常取两者中的较大值。例如当计算得到滤波需要5kΩ而保护需要10kΩ时，应选择10kΩ电阻。
1.2 外部电阻引入的增益误差机制
SAR ADC内部通常包含电阻式PGA，其增益由反馈电阻(RFB)和输入阻抗(RIN)决定。以±10V量程的AD7606为例，其标称增益为0.44(4.4V/10V)，由内部精确微调的1MΩ输入电阻和相应RFB实现。
当在PGA前端添加外部电阻RFILTER后，实际系统增益变为：
code复制系统增益 = RFB / (RIN + RFILTER)
这导致实际增益低于标称值，产生系统增益误差。误差百分比可表示为：
code复制增益误差(%) = -[RFILTER / (RIN + RFILTER)] × 100
举例说明：当使用30kΩ