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          高速ADC電源設計方案選擇

          作者: 時間:2011-06-29 來源:網(wǎng)絡 收藏
          噪聲分析

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/178945.htm

            對于轉換器和最終的系統(tǒng)而言,必須確保任意給定輸入上的噪聲不會影響性能。前面已經介紹了PSRR、PSMR及其重要意義,下面將通過一個示例說明如何應用所測得的數(shù)值。該示例將有助于人員明白,為了了解噪聲并滿足系統(tǒng)需求,應當注意哪些方面以及如何正確

            首先轉換器,然后調節(jié)器、LDO、開關調節(jié)器或其它器件。并非所有調節(jié)器都適用。應當查看調節(jié)器數(shù)據(jù)手冊中的噪聲和紋波指標,以及開關頻率(如果使用開關調節(jié)器)。典型調節(jié)器在100 kHz帶寬內可能具有10 μV rms噪聲。假設該噪聲為白噪聲,則它在目標頻段內相當于31.6 nVrms/rt-Hz的噪聲密度。

            接著檢查轉換器的抑制指標,了解轉換器的性能何時會因為電源噪聲而下降。在fs/2的第一奈奎斯特區(qū),大多數(shù)轉換器的PSRR典型值為60 dB (1 mV/V)。如果數(shù)據(jù)手冊未給出該值,請按照上述方法進行測量,或者詢問廠家。

            使用一個2Vpp滿量程輸入范圍、78dB SNR和125MSPS采樣速率的16位,其噪聲基底為11.26 nVrms。任何來源的噪聲都必須低于此值,以防其影響轉換器。在第一奈奎斯特區(qū),轉換器噪聲將是89.02 μV rms (11.26 nVrms/rt-Hz)× sqrt(125MHz/2)。雖然調節(jié)器的噪聲(31.6 nv/rt-Hz)是轉換器的兩倍以上,但轉換器有60dB的PSRR,它會將開關調節(jié)器的噪聲抑制到31.6 pV/rt-Hz (31.6 nV/rt-Hz × 1 mV/V)。這一噪聲比轉換器的噪聲基底小得多,因此調節(jié)器的噪聲不會降低轉換器的性能。

            電源濾波、接地和布局同樣重要。在電源引腳上增加0.1μF電容可使噪聲低于上述計算值。請記住,某些電源引腳吸取的電流較多,或者比其它電源引腳更敏感。因此應當慎用去耦電容,但要注意某些電源引腳可能需要額外的去耦電容。在電源輸出端增加一個簡單的LC濾波器也有助于降低噪聲。不過,當使用開關調節(jié)器時,級聯(lián)濾波器能將噪聲抑制到更低水平。需要記住的是,每增加一級增益就會每10倍頻程增加大約20dB。

            最后需要注意的一點是,上述分析僅針對單個轉換器而言。如果系統(tǒng)涉及到多個轉換器或通道,噪聲分析將有所不同。例如,超聲系統(tǒng)采用許多通道,這些通道以數(shù)字方式求和來提高動態(tài)范圍?;驹硎牵和ǖ罃?shù)量每增加一倍,轉換器/系統(tǒng)的噪聲基底就會降低3dB。對于上例,如果使用兩個轉換器,轉換器的噪聲基底將變?yōu)橐话耄?3dB);如果使用四個轉換器,噪聲基底將變?yōu)?6dB。之所以如此,是因為每個轉換器可以當作不相關的噪聲源來對待。不相關噪聲源彼此之間是獨立的,因此可以進行RSS(平方和的平方根)計算。最終,隨著通道數(shù)量增加,系統(tǒng)的噪聲基底降低,系統(tǒng)將變得更敏感,對電源的設計約束條件也更嚴格。

            本文小結

            要想消除應用中的所有電源噪聲是不可能的。任何系統(tǒng)都不可能完全不受電源噪聲的影響。下面是一些有用的提示,可幫助設計人員最大程度地提高PCB對電源變化的抗擾度:

          •   對到達系統(tǒng)板的所有電源軌和總線電壓去耦。
          •   記?。好吭黾右患壴鲆婢蜁?0倍頻程增加大約20 dB。
          •   如果電源引線較長并為特定IC、器件和/或區(qū)域供電,則應再次去耦。
          •   對高頻和低頻都要去耦。
          •   去耦電容接地前的電源入口點常常使用串聯(lián)鐵氧體磁珠。對進入系統(tǒng)板的每個電源電壓都要這樣做,無論它是來自LDO還是來自開關調節(jié)器。
          •   對于加入的電容,應使用緊密疊置的電源和接地層(間距≤4密爾),從而使PCB設計本身具備高頻去耦能力。
          •   同任何良好的電路板布局一樣,電源應遠離敏感的模擬電路,如ADC的前端級和時鐘電路等。
          •   良好的電路分割至關重要,可以將一些元件放在PCB的背面以增強隔離。
          •   注意接地返回路徑,特別是數(shù)字側,確保數(shù)字瞬變不會返回到電路板的模擬部分。某些情況下,分離接地層也可能有用。
          •   將模擬和數(shù)字參考元件保持在各自的層面上。這一常規(guī)做法可增強對噪聲和耦合交互作用的隔離。
          •   遵循IC制造商的建議;如果應用筆記或數(shù)據(jù)手冊沒有直接說明,則應研究評估板。這些都是非常好的起步工具。

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