放大器與開關(guān)電容ADC接口的匹配方法

　　在現(xiàn)代無線接收器設(shè)計中，高采樣率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 通常被用作中頻復(fù)合調(diào)制信號的采樣。基于CMOS開關(guān)電容的ADC因其低成本和低功耗而成為這類設(shè)計的首選。這類ADC的前端為非緩沖型，直接耦合至采樣網(wǎng)絡(luò)，所以ADC的輸入阻抗會隨時間(跟蹤和保持模式切換時)變化，這就對驅(qū)動ADC的放大器提出了挑戰(zhàn)。為了在驅(qū)動ADC的同時獲得極小的噪聲和信號失真，有必要設(shè)計一種無源網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)寬帶噪聲抑制和采樣保持阻抗的變換，從而為驅(qū)動放大器提供一個更匹配的負(fù)載阻抗。本文將介紹如何在多個常用IF頻率下采用諧振法將采樣保持阻抗變換為可預(yù)測性的負(fù)載，從而更精確地設(shè)計抗混疊濾波器。

　　為了降低功耗，開關(guān)電容ADC省掉了ADC前端中的緩沖。ADC采樣保持放大器電路(SHA)由輸入開關(guān)、輸入采樣電容、采樣開關(guān)和放大器構(gòu)成，如圖1所示，輸入開關(guān)直接連接著驅(qū)動器和采樣電容。輸入開關(guān)閉合時(跟蹤模式)，驅(qū)動電路給輸入電容充電。輸入開關(guān)斷開時(保持模式)，驅(qū)動電路與輸入電容分離。該ADC的跟蹤模式和保持模式的時間大致相等。

　　在SHA跟蹤模式下的ADC輸入阻抗與SHA保持模式下的ADC輸入阻抗是不一樣的，這就很難使ADC輸入阻抗與驅(qū)動器電路始終匹配。ADC在跟蹤模式下，輸入開關(guān)閉合，因此該模式下的輸入阻抗與驅(qū)動器電路應(yīng)保持匹配。輸入阻抗隨頻率的變化主要取決于采樣電容以及信號通道中的寄生電容。為精確匹配阻抗，應(yīng)對輸入阻抗的頻率相關(guān)性有所了解。如圖2為AD9236在0至1 GHz的輸入頻率下輸入阻抗隨頻率變化的曲線圖。

　　圖2中，藍(lán)色曲線和紅色曲線分別表示ADC輸入SHA在跟蹤模式和保持模式下的輸入阻抗虛部值(右縱軸)?？梢?，頻率100 MHz時，虛部阻抗會在大于4 pF(跟蹤模式)和1 pF(保

　　持模式)間變化。圖2中，輸入阻抗的實部為橙色曲線和綠色曲線(參見左縱軸)。與輸入開關(guān)斷開的保持模式相比，跟蹤模式下的阻抗比保持模式的小得多。與緩沖ADC的阻抗在整個額定帶寬內(nèi)保持恒定不同，開關(guān)電容ADC的輸入阻抗在小于100 MHz輸入帶寬內(nèi)會產(chǎn)生較大變化。這就給設(shè)計者帶來了巨大的挑戰(zhàn)，很難在一個給定頻率范圍內(nèi)與系統(tǒng)特性阻抗保持充分匹配。