要怎么樣測量模數轉換器中的電源抑制

為了避免電源噪聲影響信號鏈模數轉換器（ADC）中的信號完整性，測量ADC的電源抑制（pSR）非常緊要。本博文將重點解析此測量所需的技術，并描述要怎么樣推導出ADC的pSR。

ADC需要一個或多個電源，如果不采取防止措施，其靈巧度可能會影響ADC的數據采集。電源靈巧度與時鐘抖動問題無關，目前可以很好地理解。我們將僅以高速tiADC3444ADC為例，重點解析本文中的電源靈巧度。的ADC3444是一個四信道14位的125MbpsADC設計用于高性能多通道使用。

從數據手冊來看，ADC3444具有兩個不同的電源：1.8V模擬電源和1.8V數字電源。數據表提供了電氣特性（第7.7節）部分和使用部分（第11節）中的以下信息。

在評估ADC的性能時，ADC具有成為自己的數字轉換器的優點。我們感興致的是快速傅里葉變換（FFT）會發生什么，同時將單音信號數字化并向ADC電源引腳添加噪聲音。為了簡化，我們不會擔心電源噪聲，但會發出重疊在直流電源電壓上的正弦波。我們可以使用功率放大器實現這種重疊，如圖1所示。

圖1：功率放大器簡化原理圖

請留意，DC增益設置為1V/V.輸出端使用小型隔離電阻，有助于戒備由電容負載引起的放大器不穩定。

在這一點上，我們只關注在單一頻率下測量ADC的電源特性，為以后留下完整的pSRR頻率圖。由于ADC具有非常高的模擬帶寬，因此我們期待模擬電源的pSRR為高頻-或至少超出設計電源時所關注的最大頻率。對于ADC3444，模擬輸入帶寬為540MHz。請留意，在電源引腳上添加任何旁路電容將改善高頻下的測量pSR，因為電容會繞過任何高頻。

探測配置如圖2所示，在模擬電源引腳（AVDD）和數字電源引腳（DVDD）之間沒有任何區別。為了隔離AVDD和DVDD電源之間可能的相互作用，測量程序一次在單個電源上引入噪聲音。每個電源的去耦遵循ADC3444數據表的提議。十三個AVDD引腳將使用0.1μF的X7R電容，總電流為1.3μF。同樣，四個DVDD電源引腳每個都有0.22μF，DVDD電源總共為0.88μF。

圖2：探測配置

圖3顯示了ADC3444電源的結果。下面的每個圖表都是模擬信號的快速傅里葉變換（FFT）。FFT是信號的分析，是正弦波的總和。簡而言之，圖表顯示了信號的頻率成分。因此，x軸是頻率，y軸表示每個正弦波的幅度。在下面的示例中，我們使用100MHz時鐘，從而獲得50MHz的采集帶寬。

饋入ADC的信號為19.8MHz，幅度為-2dBFS（dB低于滿量程）。這在圖3中示出，其是沒有噪聲音調的參考信號。

圖3：ADC3444AVDD參考FFT

為了評估ADC的pSR，為每個電源設計了以下程序：

1-將放大器連接到被評估的電源[這里將是AVDD或DVDD]

2-將直流電源連接到其他電源。[此直流電源是一種清潔電源，因其低噪聲特性而被選中]

3-打開噪音并捕獲FFT。[已選擇噪聲音調，以最大限度地抑制被測電源引腳上的干擾，同時依然符合電源容差。

圖4顯示了與ADC相同的信號音，但這次在AVDD電源引腳中增加了一個噪聲音。由于所有其他條件相同，因此FTT上的任何降級都可以與AVDD電源上的噪聲音調相關聯。

圖4：ADC3444AVDD應和100mVpp1MHz正弦波重疊到1.8V

然后我們在DVDD電源引腳上重復相同的試驗，并獲得圖5所示的圖表。這次噪聲音僅出今朝DVDD電源上。

圖5：ADC3444DVDD應和100mVpp1MHz正弦波重疊到1.8V

請留意，對于AVDD電源（圖4），出現了三個額外的雜散：1MHz，18.8MHz和20.8MHz。隨著噪聲音調被添加到獲取的頻譜中，可以預期第一個音調。另外兩個不需要的音調正好在右側和左側1MHz，與中心頻率對稱。

對于DVDD電源，圖3和圖5之間的唯一區別是1MHz的新雜散。

圖6總結了馬刺的位置。請留意，馬刺的幅度旨在純粹是描述性的而非定量的。

圖6：AVDD和DVDD電源的馬刺位置

今朝我們已經進行了初始測量，我們依然需要解釋它以便能夠提取所需的pSRR規范。100mV交流信號稱為干擾信號，可確保其足夠大，足以伸出ADC本底噪聲，同時又不會超過AVDD和DVDD上的工作電壓范圍。

讓我們使用圖6和圖7來幫助我們解釋結果并將dB低于滿量程（dBFS）轉換為pSRR規范。假設基波幅度為-2dBFS。由于圖7中的ADC3444數據手冊告訴我們0dBFS（或滿量程）是2Vpp，我們可以將dBFS轉換為Vpp。這可以通過下面的等式1來實現：

將此使用于-2dBFS基波，ADC輸入端的差分電壓擺幅為：

我們今朝可以將ADCFFT結果中的dBFS測量結果轉換為可以與AC輸入信號進行比較的信號，從而計算出ADC電源的抑制程度。AVDD電源上的100mV信號對-2dBFS信號的影響為-95dBFS。數據手冊告訴我們0dBFS是2Vpp（見圖5），所以-95dBFS可以通過以下公式計算：

然后可以使用公式2計算pSRR：

將數字插入等式2給出了pSRR（電源抑制比），其中-2dBFS基本幅度和電源上的1MHz干擾信號。

圖7：模擬輸入電氣特性

通過針對每個電源和多個頻率重復此處描述的過程，可以輕松地為任何ADC開發pSR模型。請留意，pSR模型包括推薦的旁路電容的影響。

這篇文章中的技術只是評估ADC電源pSR的第一步。接下來的文章將解析要怎么樣使用此信息來表征ADC電源并指揮產品和外部元件選擇。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除