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关于模数转换器(ADC)前端设计,首先必须声明:它是一门艺术。如果日常工作中不在实验室动手操作,不注意放大器和变压器(巴伦)的最新技术趋势,那么前端设计,特别是高频(>100MHz IF)下的前端设计可能非常困难。大部分设计人员都会把数据手册或应用笔记的设计作为起点,但相对于设计人员真正要实现的目标,这些设计所提供的信息可能并不完整。这篇文章的意图不是要给出一个关于高速ADC前端设计的“公式”,而是要说明,利用变压器或放大器优化设计时有许多因素需要权衡。转换器及其拓扑结构有许多类型,本文针对的是采样速率为10MSPS或更高的缓冲型和无缓冲(开关电容)型高速流水线架构。前端是确定转换器接收并采样的信号或信息质量的关键部分。在设计中,如果对这最后一级重视不够,则会对应用的性能产生不利影响。通过了解前端设计的权衡因素,设计人员可以采样一些或所有这些方法来帮助开发基带、带通(即超奈奎斯特频率)或宽带转换器应用的高性能前端。
了解前端要实现的目标 首先考虑转换器前端设计需要实现哪些目标。这一点再怎么强调也不过分,因为许多设计欠缺这方面的考虑。大多数转换器的选择依据是采样速率、全功率带宽、功耗、数字输出拓扑结构、通道数和其它相关特性是否适合特定应用。其中的大部分特性被认为是转换器的额定限制。例如,如果采样速率超过转换器的最大采样速率,则会对性能产生不利影响。因此,我们假设在所有情况下,转换器均在时钟规格和其它任何额定规格的范围内工作,转换器不是前端设计过程的限制因素。 选定ADC之后,就必须了解在系统设计规定的条件下,设计高性能前端时需要注意的基本要素。人们发现,对于所有转换器前端设计,有七个参数至关重要,它们是:输入阻抗、VSWR、通带平坦度、带宽、SNR、SFDR和输入驱动电平。当设计人员权衡各种因素以优化设计时,这些参数可以起到指导作用。 输入阻抗是设计或负载的额定特征阻抗。大多数情况下,它为50 Ω。但在某些情况下,可能会呈现不同的设计。使用变压器时,输入阻抗负载指原边的整个变压器耦合网络,包括转换器。使用放大器时,阻抗负载仅指放大器的输入端。放大器输出与转换器输入之间的匹配以其它方式完成,通常包括抗混叠滤波器(AAF)。无论何种情况,都可以使用不同的特征阻抗负载,并且应当匹配。设计的带宽越高,则这一特性越重要。 VSWR(电压驻波比)是一个无量纲参数,反映的是在目标带宽内,有多少功率被反射到负载中。此参数还与输入驱动电平有关。如果网络的VSWR 较高(>1.5),则实现转换器满量程所需的增益或驱动能力越高。同样,设计的带宽越高(损耗越多),则这一特性越重要。 通带平坦度通常指额定带宽内容许的波动/纹波量。它可以是纹波效应或AAF 滤波器的滚降特性。无论何种情况,这一参数通常均用dB(1 dB的十分比)表示,它对于在目标频率范围内设置整体系统增益十分重要,参见图1。 下载全文: 高速ADC前端设计的挑战和权衡因素.pdf(1.49 MB)2012-2-7 10:52 上传 |
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