高速ADC采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)的考慮及分析

2 系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響分析
首先，我們?cè)谠O(shè)計(jì)高速ADC采樣系統(tǒng)電路時(shí)，重要的是要考慮到所有的參數(shù)，要把每一個(gè)元件當(dāng)作前一級(jí)負(fù)載的一部份來(lái)考慮，并且當(dāng)源阻抗等于負(fù)載阻抗的共軛(見(jiàn)圖1)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生最大的功率輸出。

下面重點(diǎn)分析系統(tǒng)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響：
(1)輸入阻抗：輸入阻抗是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特性阻抗，大多數(shù)情況下輸入阻抗為50 Ω，但可能會(huì)要求其它取值。變壓器是具有很好互阻性能的器件，其允許用戶根據(jù)需要耦合不同特性阻抗并且充分平衡系統(tǒng)的總負(fù)載。在放大器的設(shè)計(jì)電路里，阻抗被定義為輸入阻抗和輸出阻抗，放大器的阻抗特性不像變壓器那樣隨頻率變化。
(2)電壓駐波比(VSWR)：電壓駐波比是一項(xiàng)無(wú)量綱參數(shù)，用來(lái)表示在有用帶寬內(nèi)輸入功率反射到負(fù)載上的比率。當(dāng)負(fù)載ADC達(dá)到滿度輸入時(shí)，VSWR是一項(xiàng)用來(lái)確定所需要的輸入驅(qū)動(dòng)能力的重要參數(shù)。
(3)通帶平坦度(或者增益均勻性)：通帶平坦度指在規(guī)定帶寬內(nèi)增益響應(yīng)隨頻率的變化量(包括正波動(dòng)和負(fù)波動(dòng))，它可能會(huì)表現(xiàn)為波動(dòng)，或者像Butterworth濾波器那樣簡(jiǎn)單單調(diào)地下降，不管是哪一種情況，通常要求通帶平坦度小于或等于1 dB，這對(duì)于穩(wěn)定總系統(tǒng)增益至關(guān)重要。
(4)輸入驅(qū)動(dòng)能力：輸入驅(qū)動(dòng)能力是由特定應(yīng)用需要的系統(tǒng)增益決定。輸入驅(qū)動(dòng)能力與帶寬指標(biāo)密切相關(guān)，并且依賴于所選擇的前端元件，例如濾波器、放大器或者變壓器，它們的特性是使輸入驅(qū)動(dòng)能力最難達(dá)到要求水平的原因之一。
(5)信噪比(SNR)：信噪比是在給定帶寬內(nèi)，滿度信號(hào)的有效值與全部噪聲分量平方和的平方根的對(duì)數(shù)比，但是這不包括失真分量，從前端方面來(lái)看，SNR會(huì)隨著帶寬、時(shí)鐘抖動(dòng)和增益的增加而降低，在高增益情況下，放大器在低增益時(shí)可能被忽略的噪聲分量會(huì)產(chǎn)生明顯作用。
(6)無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)：無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍是滿度值的有效值與最大雜散頻譜分量的有效值之比。前端雜散有兩大危害，一個(gè)是造成放大器的非線性(或者使變壓器造成不理想平衡)，它主要產(chǎn)生二次諧波失真；另一個(gè)是輸入失配，并且按照一定的增益放大這種失配(在高增益情況下，失配更加嚴(yán)重，并且放大寄生非線性作用)，通常將這種情況看作三次諧波失真。

3 ADC固有電路的選擇對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響分析
3．1 開(kāi)關(guān)電容型ADC電路特性對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響
目前流行的CMOS開(kāi)關(guān)電容ADC沒(méi)有內(nèi)置的輸入緩沖器，所以其功耗比帶緩沖器的ADC要低一些。外部信號(hào)源直接連接到ADC的內(nèi)置開(kāi)關(guān)電容采樣保持(SHA)電路(見(jiàn)圖2)。這會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題：第一，輸入阻抗隨時(shí)間變化，因?yàn)楣ぷ鞣绞皆诓蓸雍捅３种g不斷切換；第二，注入到采樣電容器的電荷會(huì)反射回信號(hào)源，這可能引起驅(qū)動(dòng)電路里的無(wú)源濾波器的過(guò)渡延遲。

更為重要的是把外部網(wǎng)絡(luò)阻抗與ADC跟蹤模式阻抗匹配具有相當(dāng)?shù)碾y度，如圖3所示，輸入阻抗的實(shí)部或阻性阻抗(用藍(lán)色線表示)在低頻段(基帶)非常高(在幾千歐姆范圍內(nèi))，在超過(guò)100 MHz的頻段下降到2 kΩ以下。輸入阻抗的虛部或容性阻抗(用紅色線表示)，一開(kāi)始從一個(gè)相當(dāng)高的容性負(fù)載，然后在高頻段減小大約3 pF。要匹配這樣的輸入阻抗是一個(gè)相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)問(wèn)題，尤其是在頻率高于100 MHz的情況下。