基于開關電源的高速模數(shù)轉換器供電設計

　　諸如ADI公司的AD9268等16位、125MS/s模數(shù)轉換器能夠實現(xiàn)極低的噪聲以及78dB的信噪比（SNR）指標。極低的–152dBm/Hz底噪使其成為*估開關電源的理想之選。DC/DC轉換器引起的額外噪聲或雜散量可以很容易在轉換器的輸出頻譜中顯示出來。該轉換器與ADI ADP2114 PWM降壓型穩(wěn)壓器是配套產品。這款雙路輸出降壓型穩(wěn)壓器的效率高達95%，以高開關頻率工作，并且具備低噪聲特性。

　　一項實驗室的研究對采用線性穩(wěn)壓器與采用開關穩(wěn)壓器時的ADC性能進行了對比。這些實驗是采用轉換器的用戶評估板進行的。轉換器有兩個輸入電源：AVDD為模擬部分供電，DRVDD為數(shù)字部分和輸出部分供電。為了進行比較，轉換器最初采用兩個線性穩(wěn)壓器（ADI公司的ADP1706）進行評估，分別提供AVDD和DRVDD電壓。該測試的設置如圖4所示。然后轉換器采用一個開關穩(wěn)壓器供電，如圖5所示。其中，一個開關穩(wěn)壓器的輸出提供給AVDD，另一個輸出提供給DRVDD。

圖4 采用ADP1708 LDO進行線性電源測量的框圖

圖5 采用ADP2114開關穩(wěn)壓器進行開關電源測量的框圖

　　在這兩種設置中，模擬輸入源都采用羅德與施瓦茨公司 （RS）的SMA-100信號發(fā)生器和KL帶通濾波器。模擬輸入通過一個雙巴倫輸入網(wǎng)絡提供，將信號發(fā)生器的單端輸出轉換至ADC的差分輸入。采樣時鐘源為低抖動Wenzel振蕩器，也通過用于單端-差分轉換的巴倫電路供電。兩次測量的輸入電源軌（在穩(wěn)壓器前面）均設定為3.6V。

　　ADC性能測量結果

　　在每種電源配置情況下，轉換器的性能都進行了測量，以確定采用開關電源時性能是否下降。SNR和SFDR（無雜散動態(tài)范圍）則通過一組輸入頻率進行測量；結果如表1所示，采用線性穩(wěn)壓器與采用開關電源相比，SNR或SFDR性能未出現(xiàn)大的變化。

　　開關穩(wěn)壓器可以異步工作，也可以與轉換器的采樣時鐘同步而不影響轉換器性能。同步可在應用中提供更多靈活性，這在應用中可能成為一個優(yōu)勢。

　　FFT圖譜

　　圖6和圖7分別顯示了采用線性電源與采用開關電源時，模擬輸入頻率為70MHz 的AD9268的FFT（快速傅立葉變換）圖譜。

圖6 采用ADP1708線性電源的70MHz模擬輸入

圖7 采用ADP2114開關電源的70MHz模擬輸入

　　效率測量結果

　　表2顯示每個電源解決方案所測得的效率。采用3.6V輸入電壓時，開關穩(wěn)壓器將效率提高了35%，功耗節(jié)省了640 mW。這里節(jié)省的功耗為單個轉換器節(jié)省的功耗，在采用多個ADC的系統(tǒng)中，節(jié)省的功耗還將顯著增加。

　　散熱圖像

　　圖8和圖9顯示了采用LDO電源與采用ADP2114時，電路板電源部分的散熱差別。兩個圖像采用相同的縮放比例。圖8中SP01、SP02和SP03測量點顯示線性穩(wěn)壓器的溫度。圖9中的SP06顯示ADP2114的溫度，它比圖9中顯示的線性穩(wěn)壓器的溫度低10～15℃。SP04顯示AD9268的溫度，該溫度在兩個圖像中差不多。還需注意的是，圖9中的總背景溫度更高，一個串聯(lián)阻塞二極管（未標注）正在處理更高的熱負載。

　圖8 采用線性電源的AD9268*估板的散熱圖像

圖9 采用ADP2114電源的AD9268*估板的散熱圖像