ADC輸入噪聲利弊分析

　　目標(biāo)是選擇適當(dāng)?shù)膸鈹_動(dòng)量，使得這些微小DNL誤差的影響在ADC整個(gè)輸入范圍內(nèi)隨機(jī)化，從而降低平均DNL誤差。這可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法確定，覆蓋大約兩個(gè)ADC1躍遷區(qū)的峰峰值擾動(dòng)噪聲對(duì)DNL的改善最佳。更高的噪聲量不會(huì)明顯改善DNL.兩個(gè)ADC1躍遷區(qū)覆蓋1024 LSB峰峰值，或者大約155 LSB rms(峰峰值高斯噪聲除以6.6即得到均方根值)。

　　圖9中的第一幅圖顯示一小部分輸入信號(hào)范圍內(nèi)的無(wú)擾動(dòng)DNL.水平軸經(jīng)過(guò)放大，以顯示兩個(gè)相距68.75 mV (512 LSB)的分級(jí)點(diǎn)。第二幅圖顯示增加155 LSB rms擾動(dòng)后的DNL,該擾動(dòng)量相當(dāng)于大約–20.6 dBm.請(qǐng)注意，DNL得到顯著改善。

　　圖9:無(wú)擾動(dòng)和有擾動(dòng)的AD6645 DNL

　　擾動(dòng)噪聲可以通過(guò)多種方式產(chǎn)生?？梢允褂迷肼暥O管，但簡(jiǎn)單地放大器寬帶雙極性運(yùn)放的輸入電壓噪聲是更經(jīng)濟(jì)的解決方案，這種方法已在參考文獻(xiàn)3、4、5中詳細(xì)說(shuō)明，在此恕不贅述。

　　利用帶外擾動(dòng)獲得的SFDR大幅改善結(jié)果如圖10的深(1,048,576點(diǎn))FFT所示，其中AD6645以80 MSPS的速率對(duì)一個(gè)–35 dBm、30.5 MHz信號(hào)進(jìn)行采樣。請(qǐng)注意，無(wú)擾動(dòng)時(shí)SFDR約為92 dBFS,有擾動(dòng)時(shí)約為108 dBFS,提高幅度達(dá)16 dB!

　　圖10:無(wú)擾動(dòng)和有擾動(dòng)的AD6645 FFT圖

　　AD6645 ADC由ADI公司于2000年推出，直到最近，它仍是代表SFDR極致性能的產(chǎn)品。自從推出該器件后，工藝技術(shù)和電路設(shè)計(jì)兩方面的進(jìn)步推動(dòng)ADC向更高性能發(fā)展，例如AD9444(14位、80 MSPS)、AD9445(14位、105/125 MSPS)和AD9446(16位、80/100 MSPS)，這些ADC具有非常高的SFDR(對(duì)于70 MHz滿量程輸入信號(hào)，典型值大于90 dBc)和低DNL.

　　在一定的輸入信號(hào)條件下，增加適當(dāng)?shù)膸鈹_動(dòng)信號(hào)同樣可以改善SFDR性能。

　　圖11顯示了有擾動(dòng)和無(wú)擾動(dòng)下的AD9444(14位、80MSPS)FFT.在這些輸入條件下，添加擾動(dòng)使SFDR提高25 dB.所示數(shù)據(jù)是利用ADIsimADC程序和AD9444模型獲得。

　　圖11:14位、80MSPS ADC AD9444,fs = 80MSPS,fin = 30.5MHz,信號(hào)幅度 = –40dBFS

　　雖然圖10和圖11所示的結(jié)果相當(dāng)驚人，但不應(yīng)認(rèn)為，增加帶外噪聲擾動(dòng)一定就會(huì)改善ADC的SFDR,或者在所有條件下都適用。正如之前提到的，擾動(dòng)無(wú)法改善ADC前端電路的線性度。即使是近乎理想的前端，擾動(dòng)的效果也將高度依賴于輸入信號(hào)的幅度和擾動(dòng)信號(hào)本身的幅度。例如，當(dāng)信號(hào)接近ADC的滿量程輸入范圍時(shí)，傳遞函數(shù)的積分非線性可能會(huì)成為確定SFDR的限制因素，擾動(dòng)將沒(méi)有助益。務(wù)必認(rèn)真研究數(shù)據(jù)手冊(cè)，某些情況下，其中可能給出了有擾動(dòng)和無(wú)擾動(dòng)的數(shù)據(jù)以及幅度和帶寬建議。擾動(dòng)可能是更新一代中頻采樣ADC的內(nèi)置特性。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　在本文中，我們說(shuō)明了所有ADC都有一定量的折合到輸入端噪聲。在精密、低頻測(cè)量應(yīng)用中，以數(shù)字方式對(duì)ADC輸出數(shù)據(jù)求平均值可以降低該噪聲，代價(jià)是采樣速率會(huì)降低并且需要額外的硬件。該均值方法實(shí)際上可以提高ADC的分辨率，但無(wú)法降低積分非線性誤差。