高速ADC電源設(shè)計(jì)方案選擇

本文介紹對于了解高速ADC電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要的各種測試測量方法。為了確定轉(zhuǎn)換器對供電軌噪聲影響的敏感度，以及確定供電軌必須處于何種噪聲水平才能使ADC實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能，有兩種測試十分有用：一般稱為電源抑制比（PSRR）和電源調(diào)制比（PSMR）。

　　何謂電源抑制

　　當(dāng)供電軌上有噪聲時(shí)，決定ADC性能的因素主要有兩個(gè)，它們是PSRR-dc、PSRR-ac和PSMR。PSRR-dc指電源電壓的變化與由此產(chǎn)生的ADC增益或失調(diào)誤差的變化之比值，它可以用最低有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)、百分比或?qū)?shù)dB （PSR = 20 × log10 （PSRR））來表示，通常規(guī)定采用直流條件。

　　但是，這種方法只能揭示ADC的一個(gè)額定參數(shù)隨電源電壓可能會如何變化，因此無法證明轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性。更好的方法是在直流電源之上施加一個(gè)交流信號，然后測試電源抑制性能（PSRR-ac），從而主動(dòng)通過轉(zhuǎn)換器電路耦合信號（噪聲源）。這種方法本質(zhì)上是對轉(zhuǎn)換器進(jìn)行衰減，將其自身表現(xiàn)為雜散（噪聲），它會以某一給定幅度提升至超過轉(zhuǎn)換器的噪聲基底值。其意義是表明在注入噪聲和幅度給定的條件下轉(zhuǎn)換器何時(shí)會崩潰。同時(shí)，這也能讓設(shè)計(jì)人員了解到多大的電源噪聲會影響信號或加入到信號中。PSMR則以不同的方式影響轉(zhuǎn)換器，它表明當(dāng)與施加的模擬輸入信號進(jìn)行調(diào)制時(shí)，轉(zhuǎn)換器對電源噪聲影響的敏感度。這種影響表現(xiàn)為施加于轉(zhuǎn)換器的IF頻率附近的調(diào)制，如果電源設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)，它可能會嚴(yán)重破壞載波邊帶。

　　總之，電源噪聲應(yīng)當(dāng)像轉(zhuǎn)換器的任何其它輸入一樣進(jìn)行測試和處理。用戶必須了解系統(tǒng)電源噪聲，否則電源噪聲會提高轉(zhuǎn)換器噪聲基底，限制整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。

　　電源測試

　　圖1所示為在系統(tǒng)板上測量ADC PSRR的設(shè)置。分別測量每個(gè)電源，以便更好地了解當(dāng)一個(gè)交流信號施加于待測電源之上時(shí)，ADC的動(dòng)態(tài)特性。開始時(shí)使用一個(gè)高容值電容，例如100uF非極化電解質(zhì)電容。采用1mH的電感來充當(dāng)直流電源的交流阻斷器，一般將它稱為“偏置-T”，可以購買采用連接器式封裝的產(chǎn)品。

　　使用示波器測量交流信號的幅度，將一個(gè)示波器探針放在電源進(jìn)入待測ADC的電源引腳上。為簡化起見，將施加于電源上的交流信號量定義為一個(gè)與轉(zhuǎn)換器輸入滿量程相關(guān)的值。例如，如果ADC的滿量程為2Vpp，則使用200mVpp或-20dB。接下來讓轉(zhuǎn)換器的輸入端接地（不施加模擬信號），查找噪聲基底/FFT頻譜中處于測試頻率的誤差雜散，如圖2所示。若要計(jì)算PSRR，只需從FFT頻譜上所示的誤差雜散值中減去–20dB即可。例如，如果誤差雜散出現(xiàn)在噪聲基底的-80dB處，則PSRR為-80dB - （-20dB），即-60dB（PSRR = 誤差雜散（dB）- 示波器測量結(jié)果（dB））。-60dB的值似乎不太正常，但如果換算成電壓，它相當(dāng)于1 mV/V（或10-60/20），這個(gè)數(shù)字對于任何轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)手冊中的PSRR規(guī)格而言都并不鮮見。

　　下一步是改變交流信號的頻率和幅度，以便確定ADC在系統(tǒng)板中的PSRR特性。數(shù)據(jù)手冊中的大部分?jǐn)?shù)值是典型值，可能只針對最差工作條件或最差性能的電源。例如，相對于其它電源，+5 V模擬電源可能是最差的。應(yīng)確保所有電源的特性都有說明，如果說明得不全面，請咨詢廠家。這樣，設(shè)計(jì)人員將能為每個(gè)電源設(shè)置適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)約束條件。

　　請記住，使用LC配置測試PSRR/PSMR時(shí)有一個(gè)缺點(diǎn)。當(dāng)掃描目標(biāo)頻段時(shí)，為使ADC電源引腳達(dá)到所需的輸入電平，波形發(fā)生器輸出端所需的信號電平可能非常高。這是因?yàn)長C配置會在某一頻率（該頻率取決于所選的值）形成陷波濾波器。這會大大增加陷波濾波器處的接地電流，該電流可能會進(jìn)入模擬輸入端。要解決這一問題，只需在測試頻率造成測量困難時(shí)換入新的LC值。這里還應(yīng)注意，LC網(wǎng)絡(luò)在直流條件下也會發(fā)生損耗。記住要在ADC的電源引腳上測量直流電源，以便補(bǔ)償該損耗。例如，+5V電源經(jīng)過LC網(wǎng)絡(luò)后，系統(tǒng)板上可能只有+4.8V。要補(bǔ)償該損耗，只需升高電源電壓即可。