基于開關(guān)電源的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器供電設(shè)計(jì)

　　諸如ADI公司的AD9268等16位、125MS/s模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)崿F(xiàn)極低的噪聲以及78dB的信噪比（SNR）指標(biāo)。極低的–152dBm/Hz底噪使其成為*估開關(guān)電源的理想之選。DC/DC轉(zhuǎn)換器引起的額外噪聲或雜散量可以很容易在轉(zhuǎn)換器的輸出頻譜中顯示出來(lái)。該轉(zhuǎn)換器與ADI ADP2114 PWM降壓型穩(wěn)壓器是配套產(chǎn)品。這款雙路輸出降壓型穩(wěn)壓器的效率高達(dá)95%，以高開關(guān)頻率工作，并且具備低噪聲特性。

　　一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室的研究對(duì)采用線性穩(wěn)壓器與采用開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)的ADC性能進(jìn)行了對(duì)比。這些實(shí)驗(yàn)是采用轉(zhuǎn)換器的用戶評(píng)估板進(jìn)行的。轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)輸入電源：AVDD為模擬部分供電，DRVDD為數(shù)字部分和輸出部分供電。為了進(jìn)行比較，轉(zhuǎn)換器最初采用兩個(gè)線性穩(wěn)壓器（ADI公司的ADP1706）進(jìn)行評(píng)估，分別提供AVDD和DRVDD電壓。該測(cè)試的設(shè)置如圖4所示。然后轉(zhuǎn)換器采用一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器供電，如圖5所示。其中，一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出提供給AVDD，另一個(gè)輸出提供給DRVDD。

圖4 采用ADP1708 LDO進(jìn)行線性電源測(cè)量的框圖

圖5 采用ADP2114開關(guān)穩(wěn)壓器進(jìn)行開關(guān)電源測(cè)量的框圖

　　在這兩種設(shè)置中，模擬輸入源都采用羅德與施瓦茨公司 （RS）的SMA-100信號(hào)發(fā)生器和KL帶通濾波器。模擬輸入通過(guò)一個(gè)雙巴倫輸入網(wǎng)絡(luò)提供，將信號(hào)發(fā)生器的單端輸出轉(zhuǎn)換至ADC的差分輸入。采樣時(shí)鐘源為低抖動(dòng)Wenzel振蕩器，也通過(guò)用于單端-差分轉(zhuǎn)換的巴倫電路供電。兩次測(cè)量的輸入電源軌（在穩(wěn)壓器前面）均設(shè)定為3.6V。

　　ADC性能測(cè)量結(jié)果

　　在每種電源配置情況下，轉(zhuǎn)換器的性能都進(jìn)行了測(cè)量，以確定采用開關(guān)電源時(shí)性能是否下降。SNR和SFDR（無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍）則通過(guò)一組輸入頻率進(jìn)行測(cè)量；結(jié)果如表1所示，采用線性穩(wěn)壓器與采用開關(guān)電源相比，SNR或SFDR性能未出現(xiàn)大的變化。

　　開關(guān)穩(wěn)壓器可以異步工作，也可以與轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘同步而不影響轉(zhuǎn)換器性能。同步可在應(yīng)用中提供更多靈活性，這在應(yīng)用中可能成為一個(gè)優(yōu)勢(shì)。

　　FFT圖譜

　　圖6和圖7分別顯示了采用線性電源與采用開關(guān)電源時(shí)，模擬輸入頻率為70MHz 的AD9268的FFT（快速傅立葉變換）圖譜。

圖6 采用ADP1708線性電源的70MHz模擬輸入

圖7 采用ADP2114開關(guān)電源的70MHz模擬輸入

　　效率測(cè)量結(jié)果

　　表2顯示每個(gè)電源解決方案所測(cè)得的效率。采用3.6V輸入電壓時(shí)，開關(guān)穩(wěn)壓器將效率提高了35%，功耗節(jié)省了640 mW。這里節(jié)省的功耗為單個(gè)轉(zhuǎn)換器節(jié)省的功耗，在采用多個(gè)ADC的系統(tǒng)中，節(jié)省的功耗還將顯著增加。

　　散熱圖像

　　圖8和圖9顯示了采用LDO電源與采用ADP2114時(shí)，電路板電源部分的散熱差別。兩個(gè)圖像采用相同的縮放比例。圖8中SP01、SP02和SP03測(cè)量點(diǎn)顯示線性穩(wěn)壓器的溫度。圖9中的SP06顯示ADP2114的溫度，它比圖9中顯示的線性穩(wěn)壓器的溫度低10～15℃。SP04顯示AD9268的溫度，該溫度在兩個(gè)圖像中差不多。還需注意的是，圖9中的總背景溫度更高，一個(gè)串聯(lián)阻塞二極管（未標(biāo)注）正在處理更高的熱負(fù)載。

　圖8 采用線性電源的AD9268*估板的散熱圖像

圖9 采用ADP2114電源的AD9268*估板的散熱圖像