减少高速ADC系统中的数字反馈

OGND 回接至一个接地不良的焊盘会使情况更糟。所有这些都将在 IC 基片上导致更多的接地反弹。使事情更糟的是，非对称地处理模拟和时钟输入也会导致数字反溃对称地处理这些输入将保持采样过程或时钟接收器的共模抑制，并降低数字反溃举一个不对称的例子: 将一个大测试焊盘放置在刚好位于ADC 下方的电路板底部的两个输入之一上，而将另一个测试焊盘安放于一定距离之外的另一个输入上，这种做法可以满足线路内测试人员的要求，但这种不对称性将会损害 ADC 性能。如果您必须提供探测，则把测试焊盘并排放置，使信号走线从中穿过，并在这些元件之后靠近 ADC 的地方布设终端。测试焊盘是无引线的电容器，如果这么用，而不是在不同长度的传输线尾端充当起缩短作用的容性组件，那么在 GHz 频率上也许是有益的。

　　避免将一个输入布置在电路板顶面，另一个布置在电路板底面，这听起来也许是显然的事。除了与高频行为有关的非对称，这样的布置还会拾取布满电路板走线的两个平面之间的电位差。

　　甚至不要用层的改变使差分放大器的输出反向。差分放大器的 + 输出不必一定驱动 ADC 的 + 输入，它们是可互换的。就 AC 应用而言，这一般来说没有关系。如果确实有关系，那么在驱动器之前实现。

　　内部数字反馈大部分是一种高频现象。较低的采样率往往不那么成问题，除非到负载的距离增大了。如果从负载返回的反射信号在不到 1/2 个时钟周期内消失，那么它们就不会产生数字反馈。

新的 ADC 帮助克服数字反馈

　　当数字输出回馈耦合至模拟电路部分时，数字反馈将出现，从而引起干扰。这种干扰在噪声层中表现为异常的整形，而在 ADC 输出频谱中则表现为寄生噪声。最糟糕的情况出现在中标度处，这采用 CMOS 输出模式，所有输出从 1 切换为 0 (2 进制补码格式) 或从 0 切换为 1，从而产生大的地电流，如图 3 所示。

图 3：ADC 中的数字反馈

　　跨过这个中标度点的小信号在所有这些数字信号输出的和中产生一个不相称的输出功率。

　　凌力尔特已经推出了 LTC2261 系列超低功率 14 位 /12 位、25Msps 至 150Msps ADC，提供了一种新的和专有的功能，可在甚至良好的布局做法也无效的情况下减少数字反馈。交替位极性 (ABP) 模式在输出缓冲器之前使所有奇数位反相，以当工作在中标度周围时，实现数目相等的 1 和 0 的切换，从而有效地消除了引起数字反馈的大的地平面电流。

图 4：交替位极性模式

　　图 4 显示了怎样利用交替位极性模式改变数字输出字。消除地平面电流，以在小的输入信号跨过中标度时，减少反馈回 ADC 输入的能量。当这种模式启动时，所有奇数位 (D1、D3、D5、D7、D9、D11、D13) 在输出缓冲器之前都反相，如图 5 所示。偶数位 (D0、D2、D4、D6、D8、D10、D12) 不受影响。这种方法可降低电路板地平面中的数字电流，并降低数字噪声，尤其是在模拟输入信号非常小的情况下。通过使奇数位反相，在接收器端对数字输出解码。利用简单的 SPI 连接至 ADC，通过串行设定启动交替位极性模式。

图 5：对交替位极性模式数据解码

　　除了交替位极性模式，还提供一个可选数据输出随机函数发生器，以减少来自数字输出的干扰。该随机函数发生器解除了数字输出的相关性，以减少出现重复码的可能性，从而避免重复码耦合回 ADC 输入，在输出频谱中引起不想要的音调。通过在数字输出被传送至芯片之外以前对其进行随机化处理，即可实现这些无用音调的随机化以减小此类音调的幅度。

　　数字输出通过在 LSB (实际上是白噪声) 与所有其他数据输出位之间运用一种"异"逻辑运算来进行"随机化"。如欲解码，则采用逆运算；在 LSB 与所有其他位之间应用一种"异"运算。交替位极性模式与数字输出随机函数发生器无关 ━━ 这两种功能可以同时接通、同时不接通或任一接通。如示，两种数字反馈抑制方法 (交替位极性模式和数字输出随机函数发生器) 可使无寄生动态范围 (SFDR) 性能改善 10~15dB。

　　图 6 示出了 LTC2261 对一个 70MHz IF、-65dBFS 输入信号进行采样并折返至 ADC 的第一奈奎斯特区域的 FFT 曲线图。左侧的曲线图示出了采用交替位极性模式 (数字输出随机函数发生器被停用) 时的 ADC 性能。噪声层中的凸起和输出频谱中的寄生噪声由数字反馈引起，输入端上的低电平信号使数字反馈有所衰减 (数字输出在全"1"和全"0"之间切换)。凸起的数目对应于 ADC 中流水线级的数目。右侧的 FFT 曲线图示出了同时采用交替位极性模式和随机函数发生器时 SFDR 性能的改善情况。噪声层现在很平坦，而且最高的寄生噪声减低了 12dB。

图 6：运用交替位极性