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技术问答系列专题之四:关于宽带ADC前端设计考虑(上)

2015-04-21   来源:互联网   点击:
作者:Rob Reeder [rob reeder@analog com]Jim Caserta [jim caserta@analog com]ADI公司高性能模数转换器(ADC)“前端”的输入配置设计对达到要求的系统性能至关重要 。优化总体设计取决于很多因素 ,包括
作者:Rob Reeder [rob.reeder@analog.com]
Jim Caserta [jim.caserta@analog.com]
ADI公司

高性能模数转换器(ADC)“前端”的输入配置设计对达到要求的系统性能至关重要 。优化总体设计取决于很多因素 ,包括应用性质、系统组成和ADC的结构。以下的问答主要节绍了使用放大器和变压器影响ADC前端设计的一些重要的实际考虑。

问:放大器和变压器根本区别是什么?

:放大器是有源器件,而变压器是无源器件。放大器和其它所有的有源器件一样,消耗功率并且产生噪声;变压器不消耗功率并且产生的噪声可以忽略不计。两者都涉及到动态效应问题。

问:为什么选择放大器?

:放大器的性能限制比变压器少。如果必须保持直流(DC)电平,就必须使用放大器,因为变压器是固有的交流(AC)器件。另外,如果需要,变压器可以提供电流隔离。放大器提供增益比较容易,因为放大器的输出阻抗实质上与增益无关。另一方面,变压器的输出阻抗与电压增益呈平方关系增加——电压增益取决于匝数比。放大器在通带范围内提供平坦的响应,而没有由于变压器寄生交互作用引起的纹波。

问:放大器通常产生的噪声有多大?如何减少这些噪声?

:让我们考虑一个典型的放大器,例如ADA49371,如果设置增益G=1,那么输出的噪声谱密度在高频部分是6 nV/√Hz,与此频带可比的采样速率为80 MSPS 的AD9446-82 ADC的输入噪声谱密度是10nV/√Hz。这里的问题是,放大器的噪声带宽等于ADC的全带宽(中心频率位于500 MHz),而ADC的噪声又必须限制在第一奈奎斯特范区(40 MHz)。在没有滤波器的情况下,放大器的噪声有效值是155 ?Vrms,ADC的噪声有效值是90 μV。从理论上讲,总系统的信噪比(SNR)降低了6dB。为了从实验上证实这一点,用ADA4937驱动的AD9446-80测量的SNR结果是76 dBFS,本底噪声是-118dB(见图1)。如果改用变压器来驱动AD9446-80,测量SNR结果是82 dBFS。因此用放大器驱动ADC可将SNR降低6dB。

 

图1
图1:使用没有噪声滤波器的ADA4937放大器驱动80 MSPS采样速率的AD9446-80 ADC。

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