电路功用与优势
图1所示电路是14位、125 MSPS四通道ADC体系的简化图,该电路运用后端数字求和将信噪比(SNR)从单通道ADC的 74 dBFS提升到四通道ADC的78.5 dBFS。这项技能特别合适要求高SNR(如超声和雷达)的运用,而且利用了现代高功能、低功耗、四通道流水线式ADC。
该电路运用了非相关噪声源在方和根(rss)基础上相加,而信号电压在线性基础上相加的根本原理。
图1. 四个并联ADC求和得到更高SNR的根本框图
电路描绘
每个ADC的输入由信号项(VS)和噪声项(VN)组成。将四个噪声电压源求和可得到总电压 VT, 它是四个信号电压加上四个噪声电压方和根的线性和,例如:
因为VS1 = VS2 = VS3 = VS4,信号可有用地乘以4,而转换器噪声——具有等效rms值——仅乘以2,因而信噪比以系数2添加,即6.02 dB。所以,6.02 dB的SNR增量是将四个相似信号求和所引起的一个额外的有用分辨率位的成果。因为 SNR(dB) = 6.02N + 1.76 dB,其间N为位数,然后
表1显现将多个ADC输出求和得到的SNR理论值。为便利起见,明显应挑选将四个ADC求和。某些要害情况下或许需求更多的ADC求和,但详细取决于其他的体系标准(包含本钱)和可用的电路板空间。
表1. 添加SNR与ADC数目的联系ADC数目SNR增量(dB)
14位ADC的抱负SNR是(6.02 &TImes; 14) + 1.76 = 86.04 dB AD9253 数据手册指定的典型SNR为74 dB,但其发生的ENOB为12位。
图1所示电路集成无源接收器前端,由四个模仿输入通道组成,选用器材为14位、125 MSPS四通道模数转换器 AD9253 。
该电路承受单端输入,并经过双平衡装备中两个阻抗比为 1:1的宽带宽(3GHz) M/A-COM ETC1-1-13巴伦将输入转换为差分信号,如图2所示。
图2. 输入模仿求和网络
一切四个ADC输入均在巴伦装备的次级侧相连。电路中无增益,每个模仿输入对都有简略滤波功用,削减或许反应至附近ADC通道的剩余反冲信号。
经过ADC的全差分架构供给杰出的高频共模按捺功能,因而求和时非相关噪声源最小,发生78.5 dBFS SNR和85dBc SFDR功能(榜首奈奎斯特频带内,以125MSPS采样时0MHz 至62.5MHz)。全体电路带宽为65 MHz,通带平整度为1dB。
为了取得最佳功能,选用双平衡巴伦法在频率规模内到达最佳的偶阶杂散功能。因为四个ADC的输入相连,坚持平衡或许有必定难度,哪怕频率低于100 MHz。
运用66Ω差分端接电阻端接巴伦装备的次级侧。挑选66 Ω有助于削减四个转换器输入阻抗并联组合的损耗,一起最大程度下降变压器次级侧对初级侧的损耗,取得从初级侧看来大约50Ω的总阻抗。
此规划中选用了铁氧体磁珠,有助于下降电路板布局以及四个未缓冲并联ADC通道引起的寄生容性负载的影响。磁珠可削减来自每个ADC输入通道的反冲,然后坚持了全体带宽。
10Ω串联电阻具有两层效果。首要,它们驱动ADC输入滤波器(2pF共模和5pF差分);其次,它们起到削减来自每个 ADC反冲的效果。有关反冲充电和未缓冲ADC架构的更多信息,请拜见运用笔记AN-742。
表2总结了体系的丈量功能,其间−3 dB带宽为67 MHz。网络的总插入损耗约为3dB,因而需求+13dBm的输入驱动才能,以便为ADC的输入供给满量程2Vp-p差分信号。
表2. 电路的测定功能 功能标准(2.0 V p-p FS)最完结
体系功能
14位、125 MSPS、四通道ADC AD9253 与16位、125 MSPS ADC AD9653引脚兼容。图3显现AD9253和 AD9653四通道求和装备的带宽丈量比照。
图3. AD9253和AD9653四通道求和装备的频率响应
针对单通道和四通道版别的 AD9253 和 AD9653 丈量SNR,成果显现在图4中。
图4. AD9253、AD9653单通道和四通道求和装备的SNR功能与频率的联系
请注意,运用四通道求和技能,可添加14位ADC AD9253 在 10 MHz时的SNR,添加量约为5dB。16位ADC AD9653 的SNR添加量大致相同。
另一方面,单个14位ADC AD9253和单个16位ADC AD9653相差大约3 dB。
SFDR数据用于AD9253 和 AD9653, 的四通道求和装备,如图5所示。
图5. AD9253和AD9653四通道求和装备的SFDR功能与频率的联系
图1和图2中所示电路的输入阻抗运用一个在1 GHz频段内校准至50Ω的网络分析仪丈量,如图6所示。能够看出终究网络在所需频段内(榜首奈奎斯特区,直流至62.5 MHz)的VSWR为1.2或更低。
图6. 完好前端四通道求和的输入阻抗
前端接口规划程序
知道并了解规划前端时的要害参数,包含:
输入阻抗/VSWR(电压驻波比)是一个无量纲参数,反映方针带宽内有多少功率被反射到负载中。网络的输入阻抗是特定的负载值,一般为50Ω。
通带平整度一般指额外带宽内容许的动摇纹波量。
带宽仅仅是体系要运用的频率规模。
最小信噪比(SNR)和无杂散动态规模(SFDR)
输入驱动电平与带宽、输入阻抗和VSWR特性有关,可设置转换器满量程输入信号所需的增益和起伏。它高度依靠所选的前端元件,如变压器、放大器或抗混叠滤波器,而且或许是最难以到达的参数之一。
ADC与滤波器的负载间有必要确认正确数量的串联电阻。这是为了避免通带内的不良信号尖峰,并尽量削减单个 ADC输入的反冲。在大部分情况下,有必要凭经历确认正确值。
ADC的输入阻抗或许需求经过外部并联电阻分流,才会下降数值。
应运用正确串联电阻将ADC与滤波器隔脱离。此串联电阻也会削减尖峰信号,且一般凭经历确认。
电路优化技能和权衡
本接口电路内的参数具有高互动性;因而优化电路的一切要害标准(带宽、带宽平整度、SNR、SFDR和增益)简直不或许。
在图2中,通带峰化能够跟着串联电阻RA的值进步而下降。可是,此电阻的值越高,信号衰减就越大,输入网络有必要以更大的信号驱动,以填充一切ADC并联组合的满量程输入规模。
上述要素的权衡或许有些困难。本规划中,每个参数权重持平;因而所选值代表了一切规划特征的接口功能。某些规划中,依据体系要求,或许会挑选不同的值,以便优化 SFDR、SNR或输入驱动电平。
本规划的SNR功能取决于以下几个要素:ADC架构的实质、经过内部采样和坚持机制设置的 AD9253 3内部前端缓冲器偏置电流,以及规划的带宽要求。本例中运用了整个榜首奈奎斯特区。
该特定规划中能够权衡的另一要素是ADC满量程设置。关于选用本规划取得的数据,满量程ADC差分输入电压设置为2 V p-p,它能够优化SFDR。将满量程输入规模改为低于 2.0 V p-p的最大满量程规模会下降SNR功能。
无源组件和PCB寄生效应考虑
该电路或任何高速电路的功能都高度依靠于恰当的PCB布局,包含但不限于电源旁路、受控阻抗线路(如需求)、元件布局、信号布线以及电源层和接地层。高速ADC和放大器PCB布局的详情请拜见攻略 MT-031和 MT-101。
关于滤波器内的无源元件,运用低寄生外表贴装电容、电感和电阻。所选电感来自Coilcra0603CS系列。滤波器运用的表贴%&&&&&%为5%、C0G、0402型,以保证稳定性和精度。
体系的完好文档请拜见CN-0249规划支撑包。
常见改变
关于需求相同带宽、更低功耗和功能的运用,可运用12 位、125 MSPS四通道ADC AD9633。关于需求相同带宽、略高功耗和更高功能的运用,可运用16位、125 MSPS四通道 ADC AD9653。这些器材与之前罗列的其他器材引脚兼容。