高性能模數(shù)變換器設(shè)計(jì)變壓器耦合型前端的方案

ADC可以分為兩種類型：帶有緩沖的和不帶緩沖的。無緩沖ADC的功耗往往要遠(yuǎn)大于緩沖ADC，但是緩沖ADC更容易驅(qū)動(dòng)。

開關(guān)電容ADC是一種無緩沖的ADC的一個(gè)具體例子。前端設(shè)計(jì)則直接與ADC內(nèi)部的采樣-保持電路(SAH)網(wǎng)絡(luò)相連接。這就帶來了兩個(gè)問題：一是ADC的輸入阻抗會(huì)隨著時(shí)間和模式不同而發(fā)生變化；第二種則是電荷注入，它會(huì)反映到ADC的模擬輸入上，這會(huì)帶來濾波器穩(wěn)態(tài)建立(filter settling)方面的問題。

帶有緩沖的ADC的理解和使用最為方便。通過采用能夠抑制電荷注入帶來的尖峰的隔離緩沖器，可以顯著降低開關(guān)的瞬態(tài)。與開關(guān)電容ADC中的情形不同，輸入的端接特性在整個(gè)規(guī)定的ADC帶寬上不會(huì)隨著模擬輸入頻率的不同而發(fā)生變化，恰當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路的選擇將變得更為方便。帶緩沖的輸入級(jí)的不利之處，就在于會(huì)使得 ADC消耗更多的功率。設(shè)計(jì)示例

基帶和IF應(yīng)用的設(shè)計(jì)實(shí)例，分別如圖1和2所示。

在基帶應(yīng)用中，ADC的輸入阻抗一般都很高，因此輸入的匹配的重要性較低，而且也更容易實(shí)現(xiàn)。往往一、兩個(gè)小量值的、用于衰減電荷注入效應(yīng)的串聯(lián)電阻外加簡(jiǎn)單的差分輸入電容就夠用了。這樣一來，就只需要一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波器，來衰減寬帶噪聲，以獲得最優(yōu)的性能。

高頻應(yīng)用則需要設(shè)計(jì)者作多一些思考。要優(yōu)化輸入的匹配，就需要通過前端跟蹤模式阻抗的匹配來讓輸入的阻抗盡可能呈阻性。使用串連或并聯(lián)的電感或鐵氧體磁珠(在圖中示出的是前者)，可消除“電容”項(xiàng)。

總之，對(duì)輸入進(jìn)行匹配可以給出良好的帶寬、增益平坦度(功率驅(qū)動(dòng)的變化更小)和更為出色的性能。

帶緩沖的ADC的基帶應(yīng)用同樣使用一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，類似于開關(guān)電容ADC的配置。請(qǐng)注意，應(yīng)對(duì)副邊進(jìn)行端接來將其與原邊的輸入相匹配。

在圖2中，針對(duì)高IF應(yīng)用使用了雙balun(平衡/非平衡轉(zhuǎn)換)。這就使得輸入在高達(dá)300MHz的范圍內(nèi)能得到很好的保持平衡，讓二階失真始終最小化。

小結(jié)

設(shè)計(jì)中必須考慮多種參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)最佳性能。變壓器千差萬別。設(shè)計(jì)者若能理解特定的變壓器性能參數(shù)，并向制造商咨詢沒有給出的參數(shù)，就能夠更好預(yù)測(cè)出其設(shè)計(jì)的特性。高IF設(shè)計(jì)對(duì)于變壓器的相位非平衡性很敏感，因此這些設(shè)計(jì)可能需要兩個(gè)變壓器或者balun。

了解所采用的ADC是緩沖型還是非緩沖型也很重要。不帶緩沖的 ADC的輸入阻抗隨時(shí)間而變化，在高IF情況下，相應(yīng)的設(shè)計(jì)也更為困難。為了優(yōu)化設(shè)計(jì)，輸入應(yīng)該實(shí)現(xiàn)跟蹤匹配。使用磁珠或低Q的電感來消除開關(guān)電容ADC 的輸入電容分量。這可以最大限度地提高輸入帶寬，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)化的輸入匹配，并維持SFDR性能。緩沖的ADC的設(shè)計(jì)較為方便，即使在高IF下也是如此，但它們的功耗更大。無論使用何種ADC類型，基帶應(yīng)用的設(shè)計(jì)工作最簡(jiǎn)單。