14位、125 MSPS四通道ADC，通過(guò)后端數(shù)字求和增強(qiáng)SNR性能

電路功能與優(yōu)勢(shì)

圖1所示電路是14位、125 MSPS四通道ADC系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖，該電路使用后端數(shù)字求和將信噪比（SNR）從單通道ADC的74 dBFS提升到四通道ADC的78.5 dBFS.這項(xiàng)技術(shù)特別適合要求高SNR（如超聲和雷達(dá)）的應(yīng)用，并且利用了現(xiàn)代高性能、低功耗、四通道流水線式ADC。

該電路使用了非相關(guān)噪聲源在方和根（rss）基礎(chǔ)上相加，而信號(hào)電壓在線性基礎(chǔ)上相加的基本原理。

圖1.四個(gè)并聯(lián)ADC求和得到更高SNR的基本框圖

電路描述

每個(gè)ADC的輸入由信號(hào)項(xiàng)（VS）和噪聲項(xiàng)（VN）組成。將四個(gè)噪聲電壓源求和可得到總電壓VT，它是四個(gè)信號(hào)電壓加上四個(gè)噪聲電壓方和根的線性和，例如：

由于VS1 = VS2 = VS3 = VS4，信號(hào)可有效地乘以4，而轉(zhuǎn)換器噪聲——具有等效rms值——僅乘以2，因此信噪比以系數(shù)2增加，即6.02 dB.所以，6.02 dB的SNR增量是將四個(gè)類似信號(hào)求和所引起的一個(gè)額外的有效分辨率位的結(jié)果。由于SNR（dB） = 6.02N + 1.76 dB，其中N為位數(shù)，從而

表1顯示將多個(gè)ADC輸出求和得到的SNR理論值。為方便起見(jiàn)，顯然應(yīng)選擇將四個(gè)ADC求和。某些關(guān)鍵情況下可能需要更多的ADC求和，但具體取決于其他的系統(tǒng)規(guī)格（包括成本）和可用的電路板空間。

14位ADC的理想SNR是（6.02×14） + 1.76 = 86.04 dB AD9253數(shù)據(jù)手冊(cè)指定的典型SNR為74 dB，但其產(chǎn)生的ENOB為12位。

圖1所示電路集成無(wú)源接收器前端，由四個(gè)模擬輸入通道組成，采用器件為14位、125 MSPS四通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9253.

該電路接受單端輸入，并通過(guò)雙平衡配置中兩個(gè)阻抗比為1：1的寬帶寬（3GHz） M/A-COM ETC1-1-13巴倫將輸入轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，如圖2所示。

所有四個(gè)ADC輸入均在巴倫配置的次級(jí)側(cè)相連。電路中無(wú)增益，每個(gè)模擬輸入對(duì)都有簡(jiǎn)單濾波功能，減少可能反饋至鄰近ADC通道的殘余反沖信號(hào)。

通過(guò)ADC的全差分架構(gòu)提供良好的高頻共模抑制性能，因此求和時(shí)非相關(guān)噪聲源最小，產(chǎn)生78.5 dBFS SNR和85dBc SFDR性能（第一奈奎斯特頻帶內(nèi)，以125MSPS采樣時(shí)0MHz至62.5MHz）。整體電路帶寬為65 MHz，通帶平坦度為1dB.

為了獲得最佳性能，采用雙平衡巴倫法在頻率范圍內(nèi)達(dá)到最佳的偶階雜散性能。由于四個(gè)ADC的輸入相連，維持平衡可能有一定難度，哪怕頻率低于100 MHz.

使用66Ω差分端接電阻端接巴倫配置的次級(jí)側(cè)。選擇66Ω有助于減少四個(gè)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗并聯(lián)組合的損耗，同時(shí)最大程度降低變壓器次級(jí)側(cè)對(duì)初級(jí)側(cè)的損耗，獲得從初級(jí)側(cè)看來(lái)大約50Ω的總阻抗。

此設(shè)計(jì)中采用了鐵氧體磁珠，有助于降低電路板布局以及四個(gè)未緩沖并聯(lián)ADC通道引起的寄生容性負(fù)載的影響。磁珠可減少來(lái)自每個(gè)ADC輸入通道的反沖，從而保持了整體帶寬。

10Ω串聯(lián)電阻具有雙重作用。首先，它們驅(qū)動(dòng)ADC輸入濾波器（2pF共模和5pF差分）；其次，它們起到減少來(lái)自每個(gè)ADC反沖的作用。有關(guān)反沖充電和未緩沖ADC架構(gòu)的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)應(yīng)用筆記AN-742。

表2總結(jié)了系統(tǒng)的測(cè)量性能，其中3 dB帶寬為67 MHz.網(wǎng)絡(luò)的總插入損耗約為3dB，因此需要+13dBm的輸入驅(qū)動(dòng)能力，以便為ADC的輸入提供滿量程2Vp-p差分信號(hào)。

系統(tǒng)性能

14位、125 MSPS、四通道ADC AD9253與16位、125 MSPS ADC AD9653引腳兼容。圖3顯示AD9253和AD9653四通道求和配置的帶寬測(cè)量對(duì)比。

針對(duì)單通道和四通道版本的AD9253和AD9653測(cè)量SNR，結(jié)果顯示在圖4中。

請(qǐng)注意，使用四通道求和技術(shù)，可增加14位ADC AD9253在10 MHz時(shí)的SNR，增加量約為5dB.16位ADC AD9653的SNR增加量大致相同。

另一方面，單個(gè)14位ADC AD9253和單個(gè)16位ADC AD9653相差大約3 dB.

SFDR數(shù)據(jù)用于AD9253和AD9653，的四通道求和配置，如圖5所示。