掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電源設(shè)計(jì)技巧
出處:LIZP 發(fā)布于:2010-12-27 14:12:38
問(wèn)題:開關(guān)電源(DC/DC轉(zhuǎn)換器)真的會(huì)降低ADC的性能嗎?
回答:工程師一般認(rèn)為開關(guān)電源會(huì)降低ADC的性能,因此通常愿意選用低壓差(LDO)線性穩(wěn)壓器,而不使用開關(guān)穩(wěn)壓器,但這種認(rèn)識(shí)并非完全正確。LDO具有較低的紋波和噪聲指標(biāo),但近的研究表明,高效的開關(guān)穩(wěn)壓器也可用于一些轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中,前提是設(shè)計(jì)師對(duì)電路拓?fù)溆泻芎玫睦斫?,運(yùn)用一些實(shí)用技巧,同時(shí)采取一些必要的防范措施。
首先是選擇轉(zhuǎn)換器,然后選擇正確的開關(guān)穩(wěn)壓器,并不是任何開關(guān)穩(wěn)壓器都可以使用。從數(shù)據(jù)手冊(cè)上查閱開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲和紋波指標(biāo),以及開關(guān)頻率。典型的開關(guān)穩(wěn)壓器在100kHz帶寬范圍內(nèi)大概有10μV rms的噪聲。假設(shè)它們都是白噪聲,那么有關(guān)頻帶內(nèi)的噪聲密度相當(dāng)于31.6 nVrms/rt-Hz。
其次,要查閱轉(zhuǎn)換器的電源抑制(PSR)指標(biāo),以了解由于電源噪聲引起的轉(zhuǎn)換器性能下降的關(guān)鍵點(diǎn)。大多數(shù)高速轉(zhuǎn)換器在奈奎斯特區(qū)內(nèi)的PSR典型值為60dB(1mV/V)。
在使用具有2Vpp滿量程輸入范圍、78dB信噪比和125 MSPS采樣速率的16位ADC時(shí),本底噪聲為11.26 nVrms。不管噪聲源自何處,都必須低于這個(gè)值,這樣才能不影響轉(zhuǎn)換器的性能。在奈奎斯特區(qū)fs/2,轉(zhuǎn)換器噪聲等于89.02μVrms(11.26 nVrms/rt-Hz)×sqrt(125 MHz/2)。雖然開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲(31.6 nv/rt-Hz)高過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換器噪聲的兩倍,但注意轉(zhuǎn)換器還有60dB的PSRR,它能將開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲抑制到31.6 pV/rt-Hz (31.6 nV/rt-Hz × 1 mV/V)。這個(gè)噪聲比轉(zhuǎn)換器的本底噪聲要小得多,因此開關(guān)穩(wěn)壓器的噪聲不會(huì)降低轉(zhuǎn)換器性能。
另外,電源濾波、接地和布線也很重要。在ADC電源引腳處增加0.1 μF電容,可以使噪聲降低到比上面的計(jì)算結(jié)果還要小。在電源輸出端增加一個(gè)簡(jiǎn)單的LC濾波器也可行,但級(jí)聯(lián)的濾波器能將開關(guān)穩(wěn)壓器噪聲抑制得更多。眾所周知,濾波器每增加就能獲得約20dB/10倍頻程的噪聲抑制效果。緊密疊層的電源和地平面(間距<4mil)可以為PCB設(shè)計(jì)增加固有的高頻去耦效果。,良好的物理劃分是關(guān)鍵,盡量使敏感的模擬電路遠(yuǎn)離開關(guān)電路。
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