高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相位不平衡測(cè)試

使用高速ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)，或者評(píng)估這些器件以便用于設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意ADC的輸出諧波。ADC通常使用差分輸入，使共模噪聲和失真降至最低，但只有在平衡和對(duì)稱的情況下，這些輸入才能發(fā)揮最大效用。可以使用一個(gè)由兩個(gè)RF信號(hào)發(fā)生器和一個(gè)振蕩器組成的測(cè)試系統(tǒng)，來(lái)測(cè)量差分不平衡對(duì)ADC輸入的影響。

　　當(dāng)ADC的差分模擬輸入由于驅(qū)動(dòng)錯(cuò)相而變得不平衡時(shí)，器件輸出中的偶次階失真會(huì)提高。下面說(shuō)明如何測(cè)量高速ADC的諧波性能，以便了解差分不平衡的影響。

　　1 測(cè)試設(shè)置

　　測(cè)試設(shè)置(如圖1所示)使用兩個(gè)RF信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)2 MHz至300 MHz頻率范圍的ADC模擬輸入。必須使信號(hào)發(fā)生器的參考頻率彼此鎖定，這樣有助于限制相位隨時(shí)間變化而發(fā)生的非預(yù)期漂移。每個(gè)信號(hào)發(fā)生器的輸出均通過(guò)一個(gè)低通濾波器，低通濾波器連接到一個(gè)雙路低損耗分路器，從而可以利用示波器來(lái)觀察差分信號(hào)。各輸入端應(yīng)使用相同制造商和型號(hào)的低損耗分路器。為了使用ADC，需要一個(gè)評(píng)估板。此外，分路器前應(yīng)使用兩個(gè)相同制造商和型號(hào)的低通濾波器或帶通濾波器，以便限制來(lái)自信號(hào)發(fā)生器的寬帶噪聲。

　　圖1 用于測(cè)量相位不平衡的測(cè)試設(shè)置

　　一致的模擬信號(hào)路徑可以將測(cè)量誤差降至最小。分路器前后的電纜應(yīng)為同一類型并且長(zhǎng)度相同。從信號(hào)發(fā)生器到分路器的電纜長(zhǎng)度必須相同，這點(diǎn)很容易明白。分路器之后的電纜長(zhǎng)度(連接到ADC和示波器)容易忽略，也需要相同的長(zhǎng)度以保護(hù)測(cè)量結(jié)果。如果評(píng)估板上具有從連接點(diǎn)到ADC引腳的走線，則從分路器到示波器也必須復(fù)制相同長(zhǎng)度的走線。因此，考慮到走線差異，從分路器到示波器的電纜長(zhǎng)度可能需要略有不同。同等信號(hào)路徑可確保您在示波器上查看的信號(hào)能夠準(zhǔn)確代表ADC模擬輸入引腳上的信號(hào)。

　　推薦方法似乎應(yīng)當(dāng)是把示波器探頭引線直接焊接到ADC的模擬輸入端，以便獲得正確的長(zhǎng)度匹配，但這種方法會(huì)增加ADC探測(cè)模擬輸入端的寄生電容和電感，引起測(cè)量波動(dòng)。適當(dāng)?shù)奶筋^結(jié)合電纜和分路器，可以將寄生電容和電感降至最低，從而在示波器上產(chǎn)生更干凈的信號(hào)。

　　務(wù)必使用適當(dāng)帶寬的示波器，以便顯示差分模擬輸入測(cè)試頻率。注意隨時(shí)監(jiān)控各信號(hào)發(fā)生器，測(cè)試信號(hào)應(yīng)保持穩(wěn)定。可以使用示波器的數(shù)學(xué)功能來(lái)確保兩個(gè)信號(hào)具有正確的相位和幅度關(guān)系，即當(dāng)差分輸入180°反相時(shí)，信號(hào)A + 信號(hào)B應(yīng)盡可能接近0 V。當(dāng)然，隨著信號(hào)偏離180°，信號(hào)幅度之和應(yīng)增大，但無(wú)論相位如何偏移，都應(yīng)當(dāng)能夠使用該信號(hào)。由此便可確定正確的相位參考點(diǎn)(180°反相)，從該點(diǎn)開(kāi)始測(cè)試。

　　評(píng)估板需要一個(gè)干凈的時(shí)鐘信號(hào)。務(wù)必使用低相位噪聲的振蕩器或信號(hào)源，這樣才不會(huì)限制ADC的性能。ADI公司使用250 MHz Wenzel晶振和TTE 250 MHz帶通濾波器。圖2從左至右分別顯示的是示波器、濾波器和高速ADC評(píng)估板。

　　圖2 由示波器、低通濾波器和ADC評(píng)估板(從左至右) 組成的采樣時(shí)鐘設(shè)置

　　當(dāng)ADC的模擬輸入與示波器不同相時(shí)，兩個(gè)信號(hào)之間的差分幅度不匹配會(huì)導(dǎo)致ADC輸入信號(hào)的基頻功率略有降低。應(yīng)使用FFT(快速傅里葉變換)監(jiān)控測(cè)試頻率在所有相位變化下的基頻電平。對(duì)幅度進(jìn)行微調(diào)，確保ADC始終以相同的電平工作?；l功率的差異會(huì)導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，說(shuō)明ADC由于相位和基頻功率變得不準(zhǔn)確而表現(xiàn)不佳。

　　圖3顯示同一器件以相同頻率工作，并使用ADI公司Visual Analog軟件獲得的兩個(gè)FFT讀數(shù)。圖3a和圖3b分別突出顯示了當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位差為0°(圖3a)和20°(圖3b)時(shí)的基頻幅度差異，圖3b中的二次諧波功率有所提高。

　　圖3 a) 當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位差偏移20° (b)時(shí)， 二次諧波(標(biāo)記為“2”)的功率提高