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高速ADC采集系统电路设计的考虑及分析

时间:04-15 来源:互联网 点击:

3 ADC固有电路的选择对系统设计的影响分析
3.1 开关电容型ADC电路特性对系统设计的影响
目前流行的CMOS开关电容ADC没有内置的输入缓冲器,所以其功耗比带缓冲器的ADC要低一些。外部信号源直接连接到ADC的内置开关电容采样保持(SHA)电路(见图2)。这会产生两个问题:第一,输入阻抗随时间变化,因为工作方式在采样和保持之间不断切换;第二,注入到采样电容器的电荷会反射回信号源,这可能引起驱动电路里的无源滤波器的过渡延迟。

更为重要的是把外部网络阻抗与ADC跟踪模式阻抗匹配具有相当的难度,如图3所示,输入阻抗的实部或阻性阻抗(用蓝色线表示)在低频段(基带)非常高(在几千欧姆范围内),在超过100 MHz的频段下降到2 kΩ以下。输入阻抗的虚部或容性阻抗(用红色线表示),一开始从一个相当高的容性负载,然后在高频段减小大约3 pF。要匹配这样的输入阻抗是一个相当具有挑战性的设计问题,尤其是在频率高于100 MHz的情况下。


3.2 输入缓冲器型ADC电路特性对系统设计的影响
输入缓冲器型的ADC比较容易理解和使用。输入源阻抗固定,缓冲器由晶体管组成,它以低阻抗驱动ADC,所以大大地减少了注入电荷和开关管引起的尖峰。与带开关电容的ADC不同,输入阻抗在模拟输入频率范围内变化很小,所以选择合适的驱动电路相对容易一些。带缓冲器的ADC特别适合于高线性、低噪声应用;它唯一的缺点是由于它自身的功耗导致ADC总功耗增加。

4 输入信号形式对系统性能的影响分析
输入信号的形式对于高速采集系统的性能影响至关重要,图4、图5分别给出了单端输入信号和差分输入信号与时钟相关的波形测量图。
图4中示出的ADC的单端输入波形看起来很差,有很多与时钟相关的尖峰干扰,但是,图5证明了单端输入波形受到的干扰几乎完全是由于共模电压的影响。从图5中看出差分形式的输入信号要干净很多,与时钟相关的尖峰干扰消失了。差分信号固有的共模抑制特性能够消除共模噪声,包括来自电源、数字源和电荷注入引起的共模噪声。

 

5 结论
通过以上对高速ADC采集系统的性能分析,我们认为构成高速采集系统的各个环节,甚至包括ADC器件的固有特性均会对整个高速采集系统的性能造成很大的影响,只有经过对各环节的电路特性进行充分的综合分析和对比,从系统的角度对电路的设计作出正确的选择才是设计出相对完美的高速采集系统的唯一正确途径。

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