为GSPS 或RF 采样ADC 供电：开关与LDO

频率	基准	默认值	简化	开关
(MHz)		(PDN #1)	(PDN #2)	(PDN #3)
63	66.5	66.5	66.6	66.7
170	66.4	66.1	65.9	66.2
340	64.8	64.5	64.5	64.7
450	64	63.7	63.6	63.8
765	62.5	62.2	62.2	62.3
985	61.3	61	61	61.1
1283	59.8	59.5	59.5	59.5
1725	57.7	57.4	57.4	57.5
1983	56.7	56.4	56.5	56.6

表3. SFDR 性能对比 (dBFS)

频率	基准	默认值	简化	开关
(MHz)		(PDN #1)	(PDN #2)	(PDN #3)
63	83	82	88	83
170	86	85	85	84
340	77	76	76	76
450	72	72	71	71
765	77	76	76	82
985	77	76	76	83
1283	74	74	74	75
1725	67	67	68	67
1983	60	60	60	60

表2 和表3 分别显示了AD9680 使用各种PDN 的SNR 和SFDR 性能。根据AD9680 数据手册提供各种奈奎斯特区的前端网络和 寄存器建议设置。

仅使用DC-DC 转换器为AD9680 的1.25 V 域供电的PDN (PDN #3) 在各种输入频率下显示出了良好的性能。这证明了可以组合 域，并在不损失大量ADC 性能的情况下以高效率、高性价比的 方式为它们供电。采用基准源的PDN 具有最佳的噪声性能，因 为它是噪声最低的电源。然而，值得注意的是PDN #3 始终比默 认网络 (PDN #1) 具有更好的SNR 性能。这可能是由于LDO 具 有良好的低频清除特性，但对于电路中存在高于几百kHz 的情况 却无能为力。这可以解释PDN #3 的0.2 dB 优势。

快速傅立叶变换图

图4 和图5 分别显示了170 MHz 和785 MHz 输入时的单音FFT。 FFT 未显示出频谱性能的下降，因为1.25 V 域由单个DC-DC 转 换器供电。


图4. 170 MHz输入时的单音FFT，使用PDN #3。


图5. 785 MHz输入时的单音FFT，使用PDN #3。

开关杂散

除了噪声性能，由于采用了开关元件和磁性元件，因此还应当检 查DC-DC 转换器部署的杂散成分。此时，采用谨慎仔细的布局 技术以降低接地环路和接地反弹将会是有好处的。有很多资源可 以协助测量开关电源噪声5,6。边带杂散出现在开关频率失调的两 侧（本例中为1.2 MHz）。必须说明的是，图2 或图3 中的输出 滤波器级是一个两级滤波器。这个两级滤波器是降低开关噪声 （纹波）的主要贡献因素，有助于改善ADC 噪声 (SNR) 性能。同 样的道理，这个两级滤波器还可协助降低开关杂散，并在输出 FFT 中体现出来。在图6 和图7 中，它们分别表现为170 MHz 和785 MHz。


图6. 170 MHz输入时的1.2 MHz 边带开关杂散。
杂散水平 = -105 dBFS。


图7. 785 MHz输入时的1.2 MHz 边带开关杂散。
杂散水平 = -94 dBFS。

通过了解PSRR（电源抑制比）或ADC 的电源域，可估算边带 杂散水平。7

DC-DC 转换器开关电路仿真

使用诸如ADIsimPE 等工具，可以仿真DC-DC 转换器输出端的 两级滤波器。8 图8 显示了ADIsimPE 原理图，用来仿真PDN 的 输出噪声和稳定性特征。ADIsimPE 是一款使用方便、功能强大 的工具，可帮助系统工程师设计、优化和分析电源网络。


图8. ADP2164 驱动1.25 V 域的ADIsimPE原理图。

图9 显示了第一级输出端的输出纹波以及电路第二级之后的滤 波输出，采用ADIsimPE 仿真。此处显示的纹波约为3 mV p-p。


图9. ADIsimPE仿真的一级和二级输出。

物料清单

表4 显示了AD9680 评估板使用的简化PDN（如图2 所示）物料 清单。通过使用图3 中的网络，系统设计人员可节省高达40%到 45%的BOM成本。BOM成本是在一个使用广泛的电子元件供应 商网站上通过计算千片订量价格估算的。

表4. 图2 中的PDN 物料清单

索引标识符	数量	描述	制造商	部件编号	价值
C1	1	22  μF、6.3 V、X5R 0805 电容	Murata	GRM21BR60J226ME39L	22  µF
C2	4	22  μF、6.3 V、X5R 0805 电容	Murata	GRM21BR60J226ME39L	22  µF
Cf	1	0.1  μF、10 V、X5R 0402 电容	Murata	GRM155R61A104KA01D	0.1  µF
C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12, C13, C14, C15, C16,  C17, C18, C19	17	4.7  μF、6.3 V、X5R 0402 电容	Murata	GRM155R60J475ME47D	4.7  µF
E1, E2, E3, E4, E5, E6	6	铁质片10  Ω 0402	Murata	BLM15AX100SN1D	10  Ω
L1	1	1.0  μH 屏蔽电源电感，10 mΩ	Coilcraft	XAL5030-102ME	1.0  µH
L2	1	2.2  μH 屏蔽电源电感，0.1 Ω	Coilcraft	ME3220-222ML	2.2  µH
Rf1	1	4.99  kΩ、1% 1、W/10 W 0402 电阻	Panasonic	ERJ-2RKF4991X	4.99  kΩ
Rf2	1	41.2  kΩ、1% 1、W/10 W 0402 电阻	Panasonic	ERJ-2RKF4122X	41.2  kΩ
Rb	1	23.2  kΩ、1% 1、W/10 W 0402 电阻	Panasonic	ERJ-2RKF2322X	23.