由開關(guān)電源驅(qū)動的高速ADC設(shè)計

　　圖6：500kHz偏置突波65k點FFT圖。

　　RC緩沖器

　　降壓穩(wěn)壓器輸出能夠以相當(dāng)高的開關(guān)速度對非常大的電壓實施開關(guān)作業(yè)。本文中，將TPS5420的輸入電壓軌設(shè)定為10V，我們可在輸出端觀測到許多過衝和振鈴，如圖7a所示。為了吸收一些電源電路電抗能量，我們將RC緩衝電路添加到了TPS5420的輸出（請參見圖7b）。該電路提供了一個高頻接地通路，其對過衝起到了一些阻滯作用。圖7a顯示RC緩衝器降低過衝約50%，并且?guī)缀跬耆苏疋?。我選用了R=2.2Ω和C=470pF的元件值。穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率範(fàn)圍可以為500kHz到約6MHz，具體取決于製造廠商，因此可能需要我們對R和C值進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種解決方案的代價是帶來一些額外的分流電阻AC功耗（儘管電阻非常小），其降低穩(wěn)壓器總功效不足1%。

　　圖7：TPS5420交換式穩(wěn)壓器。

　　我們將10MHz輸入訊號標(biāo)準(zhǔn)化FFT圖繪製出來，以對比‘實驗1’到‘實驗4’（請參見圖8）。TPS5420的突波在約500kHz偏置時清晰可見。緩衝器降低突波振幅約3dB，而低雜訊LDO則完全消除了突波。需要注意的是，RC緩衝器（無LDO）的突波振幅約為-112dBc，遠(yuǎn)低于ADS5483平均突波振幅，因此SFDR性能并未降低。

　　圖8：‘實驗1’到‘實驗4’的標(biāo)準(zhǔn)FFT圖。

　　在‘實驗 5‘中，我們將一個8Ω功率電阻添加到5-VVDDA電壓軌，旨在模擬電源的重負(fù)載。標(biāo)準(zhǔn)化FFT圖（請參見圖9）并未顯示出很多不同。去除RC緩衝器以后，突波增加約4.5dB；其仍然遠(yuǎn)低于平均突波振幅。

　　圖9：添加 8Ω負(fù)載的標(biāo)準(zhǔn)化FFT圖。　　采用CMOS技術(shù)的ADC

　　當(dāng)關(guān)注如何在保持較佳的SNR和SFDR性能的同時也盡可能地降低功耗時，我們一般利用CMOS技術(shù)來開發(fā)高速資料轉(zhuǎn)換器。但是，CMOS轉(zhuǎn)換器的PSRR一般并不如BiCOM ADC的好。ADS6148產(chǎn)品說明書列出了25dB的PSRR，而在類比輸入電源軌上ADS5483的PSRR則為60dB。

　　ADS6148EVM使用一種板上電源，其由一個交換式穩(wěn)壓器（TPS5420）和一個低雜訊、5V輸出LDO（TPS79501）組成，后面是一些3.3V和1.8V電源軌的低雜訊LDO（請參見圖10）。與使用ADS5483EVM的5個實驗類似，我們使用ADS6148EVM進(jìn)行了下面另外5個實驗，其注意力只集中在3.3VVDDA電壓軌的雜訊上面。1.8VDVDD電壓軌外置TPS5420實驗顯示對SNR和SFDR性能沒有什么大的影響。

　　圖10：使用ADS6148EVM的5個實驗電源結(jié)構(gòu)。

　　實驗6

　　將一個5V實驗室電源連接到兩個低雜訊LDO（一個使用3.3V輸出，另一個使用1.8V輸出）的輸入。LDO并未對實驗室電源帶來任何有影響的雜訊。

　　實驗7

　　將一個10V實驗室電源連接到TPS5420降壓穩(wěn)壓器，其與一個5.3V輸出連接，像‘實驗2’連接ADS5483一樣。TPS79501產(chǎn)生了一個過濾后的5.0V電壓軌，對于3.3V輸出和1.8V輸出LDO提供輸入，如圖10所示。

　　實驗8

　　所有3.3VVDDA電壓軌LDO均被加以旁路。TPS5420配置為一個3.3V輸出，該輸出直接連接到3.3VVDDA電壓軌。TPS79601產(chǎn)生1.8VDVDD電壓軌，并透過一個外部5V實驗室電源供電。

　　實驗9

　　該實驗配置方法與‘實驗8’相同，但去除了TPS5420輸出的RC緩衝器電路。

　　實驗10

　　一個4Ω功率電阻連接到TPS5420的3.3V輸出。這樣做可大幅增加TPS5420的輸出電流，因而類比一個附加負(fù)載。另外，像‘實驗5’的ADS5483一樣，它帶來了更高的開關(guān)突波和更多的振鈴。

　　圖11顯示了‘實驗7’、‘實驗8’和‘實驗9’產(chǎn)生的一些3.3VVDDA 輸出波形。有或無LDO的峰值電壓振幅存在一些差異，但RC緩衝器可降低60%的峰值雜訊。

　　圖11：鐵氧體磁珠后測得3.3VVDDA 電壓軌實驗示波器截圖對比。

　　測量結(jié)果

　　利用輸入訊號頻率掃描，透過比較‘實驗6’到‘實驗10’，我們可以研究ADS6148對電源雜訊的感應(yīng)性。先使用135MSPS然后使用210MSPS的採樣速率（fs）對叁個ADS6148EVM進(jìn)行數(shù)次實驗。我們并未探測到較大的性能差異。

　　使用135MSPS採樣速率，SNR和SFDR的頻率掃描如圖12所示。高達(dá)300MHz輸入頻率下SNR的最大變化為0.1到0.2dB。但是，一旦移除了RC緩衝器電路，雜訊便極大增加，因而降低SNR約0.5到1dB。

　　圖12b顯示了5次ADS6148實驗輸入頻率的SFDR變化。我們并未觀測到較大的性能降低。