ADC输入接口设计的六个主要条件

我快闭嘴 2022-07-27 1860

模拟技术

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采用高输入频率、高速模数转换器(ADC)的系统设计是一项具挑战性的任务。ADC输入接口设计有6个主要条件：输入阻抗、输入驱动、带宽、通带平坦度、噪声和失真。看看这里罗列的这六个条件，你都了解吗?

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输入阻抗

输入阻抗是设计的特征阻抗。ADC的内部输入阻抗取决于ADC架构的类型，ADC供应商会在数据手册或产品页面上提供这一数据。电压驻波比(VWSR)与输入阻抗密切相关，衡量目标带宽内反射到负载中的功率量。该参数设置实现ADC满量程输入所需的输入驱动电平，因此很重要。当源阻抗与负载阻抗相等时，发生最大功率传输。

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图1. 网络分析仪上的输入Z/VWSR

图1所示的例子为利用网络分析仪测得的一个前端网络的输入阻抗和VSWR曲线。输入阻抗是设计的特征阻抗。大多数情况下，它是50Ω，但特定设计可能需要不同的阻抗。

VSWR是一个无量纲参数，反映的是在目标带宽内，有多少功率被反射到负载中。该参数设置实现ADC满量程输入所需的输入驱动电平，因此很重要。注意，频率越高，则将ADC输入驱动至满量程所需的驱动功率或增益越大。

输入驱动

输入驱动与带宽特性相关，可设置特定应用所需的系统增益。输入驱动电平应在前端设计开始之前确定，取决于所选的前端器件，如滤波器、变压器和放大器等。

带宽和通带平坦度

带宽是系统要使用的频率范围。通带平坦度是指定带宽内的波动量;引起波动的原因可能是纹波效应，或者是巴特沃兹滤波器的慢速滚降特性。通带平坦度通常小于1 dB，对于设置整体系统增益至关重要。

噪声

信噪比(SNR)和失真要求对ADC的选择有帮助，因而一般在设计早期确定。转换器看到的噪声量与其自己的噪声量之比即为SNR。SNR与带宽、信号质量(抖动)和增益相关。提高增益也会提高与之相关的噪声成分。

失真

失真由无杂散动态范围(SFDR)来衡量，SFDR指rms满量程与峰值杂散频谱成分的rms值之比。SFDR主要受两个因素的控制。第一个因素是前端平衡质量的线性度，它主要与二次谐波失真有关。第二个因素是所需的增益和输入匹配。较高的增益要求会提高匹配难度。此外，高增益要求会压缩ADC内部器件的裕量，从而提高非线性度，而且由于有更多功率经过外部无源器件，它们的非线性度也会提高。这种效应一般被视为三次谐波。

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图2. 理想12位ADC的噪底，使用4096点FFT

图2显示了一个理想12位 ADC 的 4096 点 FFT 的输出以及一些基本运算。理论SNR为74 dB。噪声分布在整个奈奎斯特带宽。FFT会增加处理增益，因为它处理的是小“仓”，小仓的宽度等于采样频率除以FFT点数。对于 4096 点 FFT，处理增益为33 dB。这就像使模拟频谱分析仪的带宽变窄一样。实际FFT噪底等于SNR加上处理增益，如图2所示。

上述条件下的FFT噪底等于74 + 33 = 107 dBFS。在某些系统中，会对多个独立FFT的结果求平均值，这不会降低FFT噪底，只是减小噪声成分的幅度变化。

　　审核编辑：汤梓红

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