高速ADC的理解

本文的目的就在于突出不同廠商或同一廠商在為不同的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 撰寫產(chǎn)品說(shuō)明書時(shí)所采用的標(biāo)準(zhǔn)之間的差異。表 1 是選擇正確器件時(shí)可以使用的速查表。

　　表 1 選擇高速 ADC 的速查表

　　dB、dBc 與 dBFS 的比較

　　評(píng)估高速 ADC 產(chǎn)品說(shuō)明書所示性能的一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)是動(dòng)態(tài)特性或諸如 SNR, SINAD、THD 以及 SFDR 的交流可調(diào)規(guī)范。例如，假設(shè) SINAD(也稱為 SNDR 或 SNRD)為信噪比，即信號(hào)功率與其他頻段功率(失真與噪聲)總和的比值。通常，把這個(gè)比值轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)值并以 dB 表示。

　　產(chǎn)品說(shuō)明書間最大的差異在于單位的選擇，特別應(yīng)用于選擇信號(hào)功率的標(biāo)準(zhǔn)。撇開導(dǎo)致這種差異的細(xì)節(jié)，我們來(lái)看一下信號(hào)功率完全可以用于測(cè)量的信號(hào)功率3，或者可以是類似滿量程的信號(hào)的外推功率。為了避免混淆，TI 將第一種情況下的單位記作 dBc(dB 與載波的比)，將第二種情況記作 dB(用于較早的產(chǎn)品說(shuō)明書)或 dBFS(dB 與滿量程的比，用于最新的產(chǎn)品說(shuō)明書)。雖然兩者之間沒有主次之分，并且下文將說(shuō)明它們之間可以彼此推導(dǎo)，但是當(dāng)廠商只以“dB”為單位進(jìn)行說(shuō)明的時(shí)候還是會(huì)產(chǎn)生混淆。在 TI 的兩家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手撰寫的產(chǎn)品說(shuō)明書中，“dB”等于 dBc，而在第三家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手撰寫的產(chǎn)品說(shuō)明書中，“dB”等于 dBFS。

　　什么因素會(huì)影響最終的比較結(jié)果呢?假設(shè)以-1 dBFS 的輸入振幅測(cè)量來(lái)自不同廠商的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器。這就意味著在測(cè)試期間，輸入值是在滿量程以下 1dB 的正弦曲線，換句話說(shuō)，振幅 (A) 約為 ADC 滿動(dòng)態(tài)量程的 90%。再假設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)換器性能相同，因此具有相同的噪聲與失真功率。在第一種情況下(“dB”等于dBc)，廠商用輸入功率 (A) 除以噪聲加失真功率 (N+D) 來(lái)計(jì)算信噪比SINAD1。在第二種情況下(“dB”等于 dBFS)，廠商推導(dǎo)信號(hào)功率至滿量程，在這種情況下導(dǎo)致最終的數(shù)值增加了 1dB(當(dāng)輸入為 -1dBFS 時(shí))。因此，SINAD2 = SINAD1 + 1。第一家廠商的器件看起來(lái)似乎差了 1dB，但實(shí)際上與第二家廠商的器件是相同的。dBc 的值可以從 dBFS 值求得，只要加上輸入振幅(以 dBFS 為單位)：以 dBc 為單位的規(guī)范=以 dBFS 為單位的規(guī)范+以 dBFS 為單位的AIN。

　　當(dāng)我們比較以 dBc 規(guī)范表示的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器時(shí)，另一點(diǎn)值得注意的是輸入振幅也會(huì)因器件的不同而不同。很顯然，隨著輸入振幅的減小，信號(hào)值(在 dBc 規(guī)范中)也極可能變得很小(因?yàn)樾盘?hào)功率減小時(shí)一些噪聲底限的組成卻保持不變)。因此，為了使之比較有意義，兩個(gè)輸入振幅必須相等。只要將兩個(gè)輸入振幅的差異添加到由較小的輸入振幅獲得規(guī)范，就可以做出很好的推斷。

　　顯然由于大多數(shù)轉(zhuǎn)換器的規(guī)定信號(hào)都接近于滿量程，最后信號(hào)水平的差異(取決于所使用的單位)通常不會(huì)大于 2 dB。但是信號(hào)水平的差異不僅可以代表某些應(yīng)用相當(dāng)大的差異，而且還會(huì)影響最終產(chǎn)品設(shè)計(jì)的增益甚至影響整個(gè)設(shè)計(jì)。

　　最終的問題是如何分辨 ADC 產(chǎn)品說(shuō)明書中的 dB 是 dBc 規(guī)范還是 dBFS 規(guī)范。一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法是直接詢問廠商;如果行不通，設(shè)計(jì)人員可以查看產(chǎn)品說(shuō)明書的典型性能的曲線圖部分。廠商通常都會(huì)針對(duì) dBc 和 dBFS 規(guī)范給出不同的曲線圖，可以根據(jù)曲線圖的數(shù)值與產(chǎn)品說(shuō)明書中規(guī)定的數(shù)值進(jìn)行比較。