高速ADC的無(wú)緩沖式架構(gòu)選擇

　　大多數(shù)模擬接口可以利用驅(qū)動(dòng)放大器之后的LC抗混疊濾波器來(lái)設(shè)計(jì)。輸入頻率使得系統(tǒng)可以作為集總元件電路進(jìn)行分析，而不涉及到阻抗匹配問(wèn)題。只要信號(hào)路徑距離小于模擬輸入波長(zhǎng)的1/10，集總元件模型就是充分有效的。即使信號(hào)路徑距離較長(zhǎng)，通常也不要求阻抗匹配。然而，較長(zhǎng)的信號(hào)路徑距離會(huì)帶來(lái)其他問(wèn)題。

　　板走線路徑會(huì)將寄生電感和電容引入LC濾波器。這可以通過(guò)濾波器設(shè)計(jì)來(lái)處理，即改變?yōu)V波器元件值，以補(bǔ)償印刷電路板(PCB)的寄生效應(yīng)。關(guān)鍵問(wèn)題是要讓抗混疊濾波器的最終并聯(lián)電容盡可能靠近ADC輸入端，從而使采樣網(wǎng)絡(luò)中的電感最小，以免因?yàn)槟M接口的時(shí)鐘性質(zhì)而引起響鈴振蕩。

　　為了說(shuō)明這一點(diǎn)，考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的二階LC AAF設(shè)計(jì)，它包括一個(gè)串聯(lián)電感、并聯(lián)電容和端接電阻，因而該濾波器部分的傳遞函數(shù)如下：

　　其通用二階形式為：

　　如果讓這兩個(gè)傳遞函數(shù)的系數(shù)相等，可以得到：

　　并且：

　　對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，帶寬和濾波器類型是固定的設(shè)計(jì)參數(shù)(本例為巴特沃茲型)。單憑這兩個(gè)參數(shù)并不能確定濾波器設(shè)計(jì)，最終的決定參數(shù)是阻抗水平，即濾波器的阻抗可以調(diào)整，以便有利于ADC驅(qū)動(dòng)或放大器負(fù)載。

　　假設(shè)帶寬為200 MHz，濾波器類型為二階巴特沃茲響應(yīng)。放大器設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)150 Ω負(fù)載，因此R = 150 Ω、L = 155 nH、C = 4 pF。然而，如果4 pF并聯(lián)電容不足以緩沖電荷反沖，則可以加大放大器的負(fù)載為代價(jià)，降低AAF阻抗，反之亦然。

　　從實(shí)際考慮，AAF設(shè)計(jì)還存在其他限制，如電路板物理布局布線等。例如，有時(shí)可能無(wú)法讓放大器與ADC靠得非常近，這樣一來(lái)，電路板布線就成為AAF設(shè)計(jì)的一部分。走線路徑會(huì)增加額外的串聯(lián)電感和電容，從而影響濾波器的響應(yīng)。

　　這可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)脑?lái)處理，即降低電感值，讓電路板走線來(lái)補(bǔ)償實(shí)際的AAF電感值。這樣，設(shè)計(jì)的最重要部分就是在不違背制造規(guī)則的前提下，讓并聯(lián)電容盡可能靠近ADC輸入端，因?yàn)樵撾娙菀?ldquo;緩沖”電荷反沖(參見下圖)。

　　長(zhǎng)走線的等效電路實(shí)際上會(huì)反映一些寄生電感?？紤]上面的等效電路，它看起來(lái)像是一個(gè)不同的RLC模型。因此，這里的目標(biāo)是盡量降低電路中的額外走線電感“L”，從而使可能發(fā)生的反沖響鈴振蕩最小，以免產(chǎn)生失真和/或不同的濾波器曲線。這只是一個(gè)例子，說(shuō)明放大器、AAF和ADC需要緊密配合才能使信號(hào)鏈有效工作。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　高速ADC無(wú)論采用緩沖式架構(gòu)，還是采用無(wú)緩沖式架構(gòu)，都有各自的理由。無(wú)緩沖型高速ADC可能需要更復(fù)雜的模擬接口設(shè)計(jì)，但就功耗而言，它可以給整體系統(tǒng)效率帶來(lái)很大的好處。無(wú)緩沖型ADC設(shè)計(jì)要求將模擬接口設(shè)計(jì)與采樣網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)整體考慮，包括放大器、AAF和ADC的內(nèi)部采樣網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，只要認(rèn)真考慮上述變量，就可以圓滿完成任務(wù)。