基于开关转换器的高速ADC供电解决方案(上)

简介

当今越来越多的应用要求使用高精度高速的数模转换器(以下简称ADC)，为了使ADC发挥最佳的性能，必须为其提供满足要求的直流电源。一般而言，系统设计人员愿意使用低压差线性稳压器(以下简称LDO)来为ADC供电，而不使用开关转换器(以下简称DC/DC)。这是因为LDO一般具有较低的纹波和噪声，他们担心DC/DC转换器的开关噪声、纹波以及电磁辐射等会导致ADC的信噪比(SNR)下降或者在ADC的输出端出现不希望的杂散。但是随着新一代的DC/DC转换器的出现，加之后置滤波以及精心的设计和布局布线，使得DC/DC转换器可以成为为高速ADC供电的高效率解决方案。

ADC的模拟电源和数字电源

目前，大多数高速ADC至少都有两个电源域：模拟电源域(AVDD)和数字与输出驱动电源域(DVDD)。部分高速ADC还有一些附加的电源域，比如时钟电源域，通常也当做模拟电源域处理。高速ADC的模拟电源和数字电源芯片内部是分离的，以防芯片数字部分，尤其是输出驱动部分产生的开关噪声通过芯片内部或者外部返回到芯片的模拟输入端或时钟输入端，干扰芯片模拟端的模拟采样和处理，使ADC的噪声和杂散指标受到影响而使指标恶化。因此一般都建议使用独立的两组电源对芯片的模拟电源和数字电源进行供电。而且这两组电源之间应有足够的隔离，以防止数字电源的数字开关噪声影响高速ADC的模拟电源。但如果在这两个电源之间实现了充分的滤波和隔离，则采用一个调节器通常也能获得足够好的性能。

ADC的电源抑制比(PSRR)

因为电源对高速ADC的影响至关重要，因此设计高速ADC时必须了解ADC对供电电源噪声影响的灵敏度，以及如何决定供电电源的最大噪声才能使ADC实现预期性能。确定高速ADC对电源噪声抑制能力的一个方法是将一个已知幅度和频率的信号分别耦合到ADC的不同电源域上，测量ADC输出中对应频率的信号的输出功率，从而考察其电源抑制能力。输入信号与输出频谱中出现的相对应信号的相对功率即为ADC在给定频率下的电源抑制比(PSRR)。

这个指标可以用最低有效位(LSB)，百分比或者dB来表示。下图显示了典型高速ADC(ADS58C20)的PSRR与频率的关系。从图中可以看出，高速ADC对不同的电源域的噪声有不同的抑制能力。利用PSRR图，设计人员可以确定出在保证ADC性能时所允许的电源的最大纹波幅度。例如，如果一个电源芯片在1000kHz时具有5mVp-p的纹波，则从下面的PSRR图可知，转换器在此频率提供大约40dB的抑制。ADS58C20转换器的满量程为1.9Vp-p，因此原始5mV信号比输入满量程低52dB，此信号将进一步衰减40dB，从而比转换器的满量程功率低92dB。这样，设计人员就能根据ADC的PSRR数据来确定在给定频率下ADC供电电源的容许纹波。如果知道ADC的电源在已知频率的纹波(例如来自上游开关转换器)，则可以利用该方法来确定将此噪声衰减所需的额外滤波。