采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常困難，對(duì)于輸入有兩類(lèi)ADC架構(gòu)可供選擇：緩沖型和無(wú)緩沖型。 緩沖和無(wú)緩沖架構(gòu)的特征 緩沖架構(gòu)的基本特征 * 高線性度緩沖器，但需要更高的功率； * 更易設(shè)計(jì)輸入網(wǎng)絡(luò)與高阻抗緩沖器接口，因?yàn)樗峁┕潭ǖ妮斎攵私与娮瑁? * 緩沖器提供采樣電容與輸入網(wǎng)絡(luò)之間的隔離，電荷注入瞬變更小。 無(wú)緩沖架構(gòu)的基本特征 * 輸入阻抗由開(kāi)關(guān)電容設(shè)計(jì)設(shè)置； * 功耗較低； * 輸入阻抗隨時(shí)間變化(采樣時(shí)鐘-采樣保持器)； * 來(lái)自采樣電容的電荷注入反射回輸入網(wǎng)絡(luò)。 無(wú)緩沖ADC 開(kāi)關(guān)電容ADC(見(jiàn)圖1)就是一類(lèi)無(wú)緩沖ADC。無(wú)緩沖ADC的功耗通常遠(yuǎn)低于緩沖ADC，因?yàn)榍罢叩耐獠壳岸嗽O(shè)計(jì)直接連到ADC的內(nèi)部采樣保持(SHA)網(wǎng)絡(luò)。 圖1. 開(kāi)關(guān)電容ADC 這種方法有兩個(gè)缺點(diǎn) 輸入阻抗隨著時(shí)間和模式而變化； 第二是電荷注入會(huì)反射回ADC的模擬輸入端，可能導(dǎo)致濾波器建立問(wèn)題。 當(dāng)模擬輸入頻率改變，以及SHA從采樣模式變?yōu)楸３帜Ｊ綍r(shí)，無(wú)緩沖ADC的輸入阻抗也會(huì)變化。必須使輸入與ADC采樣模式匹配，如圖2所示。 圖2. 輸入阻抗與模式和頻率的關(guān)系 在基帶范圍的較低頻率時(shí)，輸入阻抗的實(shí)部(藍(lán)線)在數(shù)千歐范圍內(nèi)，在200 MHz以上時(shí)則滾降到2 kΩ。輸入阻抗的虛部或容性部分(紅線)也是如此，低頻時(shí)的容性負(fù)載相當(dāng)高，高頻時(shí)逐漸變小到2 pF。這使得輸入結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加困難，特別是當(dāng)頻率高于100 MHz時(shí)。 ADC如何能采樣一個(gè)壞信號(hào)(如圖3所示)并實(shí)現(xiàn)良好的性能？ 圖3. 典型單端輸入瞬變 查看圖4所示的差分ADC輸入，輸入信號(hào)干凈得多。壞信號(hào)毛刺已消失。共模抑制是差分信號(hào)的固有特性，它能消除任何噪聲，無(wú)論是來(lái)自電源、數(shù)字注入還是電荷注入。查看無(wú)緩沖ADC毛刺的另一種方法是在時(shí)域中，利用頻譜分析儀測(cè)量返回模擬輸入的噪聲。下圖顯示了開(kāi)關(guān)電容ADC結(jié)構(gòu)對(duì)模擬輸入的影響。 圖4. 典型差分輸入瞬變圖5. 頻譜分析儀在模擬輸入端的測(cè)量(未應(yīng)用輸入匹配) 圖5顯示時(shí)鐘的諧波、噪聲和其它雜散成分在3 GHz以上的頻譜中饋通。匹配ADC輸入以降低時(shí)鐘饋通一般可將大部分諧波抑制10dB 以上。 圖6. 頻譜分析儀在模擬輸入端的測(cè)量(應(yīng)用 輸入匹配，采用低Q電感或鐵氧體磁珠) 圖6中，通過(guò)在模擬輸入的每一側(cè)串聯(lián)一個(gè)低Q電感或鐵氧體磁珠，實(shí)現(xiàn)了輸入匹配。這是降低進(jìn)入模擬輸入端的噪聲量的一種方法，需要時(shí)可采用。 緩沖ADC 緩沖輸入ADC(見(jiàn)圖7)更易于使用，因?yàn)檩斎胱杩故枪潭ㄖ怠８綦x緩沖器抑制了電荷注入尖峰，因而開(kāi)關(guān)瞬變顯著降低。緩沖器由內(nèi)部雙極結(jié)晶體管級(jí)組成，具有固定的輸入端接電阻。 圖7. 緩沖輸入ADC 與開(kāi)關(guān)電容ADC不同，此端接電阻不隨模擬輸入頻率而變化，因此驅(qū)動(dòng)電路的選擇得以簡(jiǎn)化。緩沖輸入級(jí)的缺點(diǎn)是ADC的功耗較高。然而，由于它經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，具有非常好的線性度和低噪聲特性，因此在ADC的全部額定帶寬內(nèi)，輸入阻抗都是恒定的。 設(shè)計(jì)抗混疊濾波器(AAF)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，過(guò)多的元件可能會(huì)導(dǎo)致容差不匹配，進(jìn)而產(chǎn)生偶數(shù)階失真。電感并非特性相同，不同電感的響應(yīng)可能大不相同。廉價(jià)、低質(zhì)量的電感一般表現(xiàn)不佳。此外，有時(shí)很難在電感上實(shí)現(xiàn)良好的焊接連接，這就會(huì)引起失真。務(wù)必將AAF的阻帶區(qū)間規(guī)定為平坦的，因?yàn)閷拵г肼暼杂锌赡苷刍貛?nèi)(見(jiàn)圖8)。 圖8. 抗混疊濾波器 多數(shù)轉(zhuǎn)換器具有很寬的模擬輸入帶寬。如果不使用AAF，混疊會(huì)降低動(dòng)態(tài)范圍。AAF應(yīng)按照等于或略大于目標(biāo)信號(hào)帶寬的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。濾波器的階數(shù)和類(lèi)型取決于所需的阻帶抑制和通帶紋波。AAF在ADC的整個(gè)帶寬內(nèi)應(yīng)具有充分的阻帶抑制性能。 圖9. AAF響應(yīng)與ADC帶寬響應(yīng) 圖9說(shuō)明了阻帶抑制在AAF設(shè)計(jì)中的重要性。注意，轉(zhuǎn)換器帶寬(紅色曲線所示)遠(yuǎn)大于要采樣的頻帶。因此，噪聲和雜散可能會(huì)折回要采樣的帶內(nèi)頻率中。注意淡藍(lán)曲線和粉紅曲線，其中濾波器響應(yīng)出現(xiàn)在阻帶抑制區(qū)間。還應(yīng)注意深綠或橙色曲線，阻帶抑制保持恒定。 (mbbeetchina)