高速ADC供電指南
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時(shí)間：2011-01-14
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
不過(guò)，開關(guān)調(diào)節(jié)器確實(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，必須通過(guò)精心的設(shè)計(jì)和布局布線予以控制。開關(guān)電源主要有兩類噪聲：開關(guān)紋波和高頻噪聲。對(duì)于恒頻開關(guān)調(diào)節(jié)器，開關(guān)紋波會(huì)在開關(guān)頻率及其倍數(shù)頻率產(chǎn)生能量。高頻噪聲由轉(zhuǎn)換器中的電壓和電流快速跳變而產(chǎn)生。1-5ns的典型上升時(shí)間可以在70-350MHz區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生能量。對(duì)這兩個(gè)噪聲源均必須進(jìn)行充分濾波，以免其干擾轉(zhuǎn)換器的工作，降低轉(zhuǎn)換器的性能。這可能需要使用多級(jí)LC濾波器，以降低紋波并衰減噪聲。為保持直流調(diào)節(jié)能力，開關(guān)電源控制環(huán)路可以在輸出濾波器的兩級(jí)附近閉合。為保持穩(wěn)定性，環(huán)路穿越頻率必須較低。ADC給電源帶來(lái)的負(fù)載特性基本上是一個(gè)與時(shí)鐘頻率成正比的直流負(fù)載。由于該負(fù)載是恒定的，開關(guān)調(diào)節(jié)器的瞬態(tài)響應(yīng)相對(duì)不重要，因此低環(huán)路穿越頻率在這種情況下是可以接受的。對(duì)調(diào)節(jié)器進(jìn)行外部補(bǔ)償可以更輕松實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
對(duì)輸出電源電壓上的噪聲進(jìn)行充分濾波至關(guān)重要，但設(shè)計(jì)人員也必須盡量減小從電源所含磁性元件(電感)到與ADC時(shí)鐘或信號(hào)路徑相關(guān)的巴倫或變壓器之間的磁場(chǎng)或電場(chǎng)耦合。將電源電感放在PCB上的另一端并遠(yuǎn)離關(guān)鍵的ADC時(shí)鐘和輸入相關(guān)電路，有助于減小這種耦合。
電源去耦
盡管高速ADC給電源帶來(lái)的總負(fù)載是穩(wěn)定的，但需要電流以ADC采樣速率和此頻率的諧波快速跳變。由于電路板和走線的電感會(huì)限制電源能夠迅速提供的電流量，因此ADC所需的高頻電流是由板電源去耦電容提供的。為高速ADC供電時(shí)，應(yīng)同時(shí)采用大的電源去耦電容和局部(ADC引腳處)去耦電容。大去耦電容存儲(chǔ)電荷以對(duì)電源層和局部去耦電容充電，局部去耦電容則提供ADC所需的高頻電流。有效的去耦還能將高頻電源瞬變限制在距離產(chǎn)生瞬變的IC非常近的區(qū)域，從而使電路板上產(chǎn)生的電磁輻射(EMI)降至最小。
圖3：開關(guān)調(diào)節(jié)器的典型效率
一般而言，應(yīng)為每個(gè)ADC電源軌至少提供一個(gè)大去耦電容。這些電容應(yīng)當(dāng)是10uF至22uF范圍內(nèi)的低ESR陶瓷或鉭電容。對(duì)于局部去耦，一般建議為每個(gè)電源引腳提供一個(gè)去耦電容。局部去耦電容應(yīng)當(dāng)是0.01uF至0.1uF范圍內(nèi)的低ESR陶瓷電容，并且應(yīng)盡可能靠近ADC電源引腳放置。這些電容應(yīng)具有通向電源層的過(guò)孔，并且過(guò)孔應(yīng)非?？拷麬DC電源引腳。如果ADC是從PCB上緊密耦合的電源層獲得電源，則局部去耦也可以通過(guò)層與層之間的電容效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。如果這些層相對(duì)較大，并且間隔小于5密爾(mil)，則層間電容可提供非常有效的去耦作用。層間電容與局部旁路電容共同提供ADC所需的高頻電流。
接地
ADC接地是電源方案的重要一環(huán)。當(dāng)前許多ADC都采用LFCSP封裝，封裝底部有一個(gè)接地金屬塊。此金屬塊用于為器件散熱；在許多情況下，此接地金屬塊是器件唯一的接地連接。必須將此接地金屬塊焊接到電路板上的接地焊盤，此焊盤有多個(gè)過(guò)孔通向接地層。
ADC地上的噪聲也會(huì)影響其性能。當(dāng)數(shù)字回路電流流經(jīng)ADC所在區(qū)域時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生接地噪聲。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采取措施，確保高噪聲地電流不會(huì)流經(jīng)ADC附近。一般建議使用連續(xù)層，但為了隔離高噪聲地電流，可能需要使用非連續(xù)層。
結(jié)論
ADC 的電源實(shí)現(xiàn)方案可能會(huì)對(duì)器件的性能產(chǎn)生重大影響。按照本文提出的指導(dǎo)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)有效的ADC電源。尋找特定ADC的電源參考資料時(shí)，首先應(yīng)查看該ADC的評(píng)估板。ADI公司的所有ADC都有附帶電源的評(píng)估板。研究評(píng)估板電源的結(jié)構(gòu)以及它所采用的去耦和布局，是開展ADC電源設(shè)計(jì)的最好起點(diǎn)。 本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/179967.htm
評(píng)論