高速ADC模拟电源的详细设计方案

束条件。
 

请记住，使用LC配置测试PSRR/PSMR时有一个缺点。当扫描目标频段时，为使ADC电源引脚达到所需的输入电平，波形发生器输出端所需的信号电平可能非常高。这是因为LC配置会在某一频率（该频率取决于所选的值）形成陷波滤波器。这会大大增加陷波滤波器处的接地电流，该电流可能会进入模拟输入端。要解决这一问题，只需在测试频率造成测量困难时换入新的LC值。这里还应注意，LC网络在直流条件下也会发生损耗。记住要在ADC的电源引脚上测量直流电源，以便补偿该损耗。例如，+5V电源经过LC网络后，系统板上可能只有+4.8V。要补偿该损耗，只需升高电源电压即可。
 

PSMR的测量方式基本上与PSRR相同。不过在测量PSMR时，需将一个模拟输入频率施加于测试设置，如图3所示。

另一个区别是仅在低频施加调制或误差信号，目的是观察此信号与施加于转换器的模拟输入频率的混频效应。对于这种测试，通常使用1-100kHz 频率。只要能在基频周围看到误差信号即混频结果，则说明误差信号的幅度可以保持相对恒定。但也不妨改变所施加的调制误差信号幅度，以便进行检查，确保此值恒定。为了获得最终结果，最高（最差）调制杂散相对于基频的幅度之差将决定PSMR规格。图4所示为实测PSMR FFT频谱的示例。
                       
 

电源噪声分析
 

对于转换器和最终的系统而言，必须确保任意给定输入上的噪声不会影响性能。前面已经介绍了PSRR、PSMR及其重要意义，下面将通过一个示例说明如何应用所测得的数值。该示例将有助于设计人员明白，为了了解电源噪声并满足系统设计需求，应当注意哪些方面以及如何正确设计。
 

首先选择转换器，然后选择调节器、LDO、开关调节器或其它器件。并非所有调节器都适用。应当查看调节器数据手册中的噪声和纹波指标，以及开关频率（如果使用开关调节器）。典型调节器在100 kHz带宽内可能具有10 μV rms噪声。假设该噪声为白噪声，则它在目标频段内相当于31.6 nVrms/rt-Hz的噪声密度。
 

接着检查转换器的电源抑制指标，了解转换器的性能何时会因为电源噪声而下降。在fs/2的第一奈奎斯特区，大多数高速转换器的PSRR典型值为 60 dB （1 mV/V）。如果数据手册未给出该值，请按照上述方法进行测量，或者询问厂家。
 

使用一个2Vpp满量程输入范围、78dB SNR和125MSPS采样速率的16位ADC，其噪声基底为11.26 nVrms。任何来源的噪声都必须低于此值，以防其影响转换器。在第一奈奎斯特区，转换器噪声将是89.02 μV rms （11.26 nVrms/rt-Hz） × sqrt（125MHz/2）。虽然调节器的噪声（31.6 nv/rt-Hz）是转换器的两倍以上，但转换器有60dB的PSRR，它会将开关调节器的噪声抑制到31.6 pV/rt-Hz （31.6 nV/rt-Hz × 1 mV/V）。这一噪声比转换器的噪声基底小得多，因此调节器的噪声不会降低转换器的性能。
 

电源滤波、接地和布局同样重要。在ADC电源引脚上增加0.1μF电容可使噪声低于上述计算值。请记住，某些电源引脚吸取的电流较多，或者比其它电源引脚更敏感。因此应当慎用去耦电容，但要注意某些电源引脚可能需要额外的去耦电容。在电源输出端增加一个简单的LC滤波器也有助于降低噪声。不过，当使用开关调节器时，级联滤波器能将噪声抑制到更低水平。需要记住的是，每增加一级增益就会每10倍频程增加大约20dB。
 

最后需要注意的一点是，上述分析仅针对单个转换器而言。如果系统涉及到多个转换器或通道，噪声分析将有所不同。例如，超声系统采用许多ADC通道，这些通道以数字方式求和来提高动态范围。基本原理是：通道数量每增加一倍，转换器/系统的噪声基底就会降低3dB。对于上例，如果使用两个转换器，转换器的噪声基底将变为一半（-3dB）；如果使用四个转换器，噪声基底将变为-6dB。之所以如此，是因为每个转换器可以当作不相关的噪声源来对待。不相关噪声源彼此之间是独立的，因此可以进行RSS（平方和的平方根）计算。最终，随着通道数量增加，系统的噪声基底降低，系统将变得更敏感，对电源的设计约束条件也更严格。
 

本文小结
 

要想消除应