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基本输入接口考虑

输入阻抗

输入驱动

带宽和通带平坦度

噪声

失真

变压器耦合前端

有源耦合前端网络

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基本输入接口考虑

采用高输入频率、高速模数转换器(ADC)的系统设计是一 项具挑战性的任务。ADC输入接口设计有6个主要条件： 输入阻抗、输入驱动、带宽、通带平坦度、噪声和失真。

输入阻抗

输入阻抗是设计的特征阻抗。ADC的内部输入阻抗取决于 ADC架构的类型，ADC供应商会在数据手册或产品页面上 提供这一数据。电压驻波比(VWSR)与输入阻抗密切相 关，衡量目标带宽内反射到负载中的功率量。该参数设置 实现ADC满量程输入所需的输入驱动电平，因此很重要。 当源阻抗与负载阻抗相等时，发生最大功率传输

输入驱动

输入驱动与带宽特性相关，可设置特定应用所需的系统增 益。输入驱动电平应在前端设计开始之前确定，取决于所 选的前端器件，如滤波器、变压器和放大器等。

带宽和通带平坦度

带宽是系统要使用的频率范围。通带平坦度是指定带宽内 的波动量；引起波动的原因可能是纹波效应，或者是巴特 沃兹滤波器的慢速滚降特性。通带平坦度通常小于1 dB，对 于设置整体系统增益至关重要。

噪声

信噪比(SNR)和失真要求对ADC的选择有帮助，因而一般 在设计早期确定。转换器看到的噪声量与其自己的噪声量 之比即为SNR。SNR与带宽、信号质量(抖动)和增益相关。 提高增益也会提高与之相关的噪声成分。

失真

失真由无杂散动态范围(SFDR)来衡量，SFDR指rms满量程 与峰值杂散频谱成分的rms值之比。SFDR主要受两个因素 的控制。第一个因素是前端平衡质量的线性度，它主要与 二次谐波失真有关。第二个因素是所需的增益和输入匹 配。较高的增益要求会提高匹配难度。此外，高增益要求 会压缩ADC内部器件的裕量，从而提高非线性度，而且由 于有更多功率经过外部无源器件，它们的非线性度也会提 高。这种效应一般被视为三次谐波。

变压器耦合前端

一般说来，变压器耦合前端能够驱动较高中频而无显著损 耗，具有更宽的带宽，功耗更低，并能提供固有的交流耦 合。多匝比率变压器还能提供无噪声增益。另一方面，设 计具有较高阻抗/匝数比的变压器耦合前端可能很困难，因 为这会降低带宽、幅度，引起相位不平衡，有时还会使通 带纹波性能下降。 将变压器用于ADC前端时，必须记住：任何两个变压器都 不会完全相同，即使其数据手册看起来一样。例如，1:1阻 抗比并不意味着次级端阻抗为50 Ω。要么使用数据手册中的 回波损耗数据，要么利用ENA测量。变压器数据手册上的 带宽一般应减半使用，因为变压器通常是在理想条件下利 用PCB提取技术测量。增益大于1:1阻抗比的变压器，其带 宽更低，而且更难使用。当频率高于150 MHz时，由于变压 器固有的相位不平衡，HD2开始升高。为解决这个问题， 应使用两个变压器，或者使用一个更好的变压器。

有源耦合前端网络

大多数有源耦合前端网络使用放大器。 针对交流和直流耦合应用选择放大器时，应考虑以下几 点： •

共模问题，工作电压低至1 VCM •

电源问题(输入范围是多少？输出范围是多少？) •

某些放大器只能用于交流耦合 •

输出端串联电阻使放大器保持稳定(5 Ω至10 Ω) •

遵守数据手册中的布局布线指南：

消除第二层上的地以 保持低输出电流，并且避免振荡。

抗混叠滤波器考虑

说明一个基带信号的抗混叠滤波器要求，信号最高频 率为fa，所需动态范围为DR。这是最差情况条件，因为它 假设满量程信号可能出现在目标带宽以外，但这样的情况 非常少。不过，这是一个很好的起点。 KfS 10539-025 举例来说，CD音频的采样速率为44.1 kSPS，音频的最大带 宽为20 kHz。这种情况下，fs – fa = 24.1 kHz。要在20 kHz到 24.1 kHz的过渡带内实现60 dB的阻带衰减，几乎是不可能 的，尤其是在音频应用要求线性相位的情况下。 虚线区域表示目标带宽以外的信号可能会限制动态范围。 对滤波器的要求可能相当高，特别是如果Fs不是远大于 2fa，如图25 (A)所示。 因此，许多系统依赖图25(B)所示的过采样方法来降低对模 拟抗混叠滤波器的要求。Σ-Δ型转换器就是一个很好的过 采样例子。DAC的输出通过所谓“抗镜像”滤波器滤波，它 所起的作用在本质上与ADC前端中的抗混叠滤波器相同