|
|
EDA365欢迎您登录！
您需要 登录 才可以下载或查看，没有帐号？注册
x
为了避免电源噪声影响信号链模数转换器（ADC）中的信号完整性，测量ADC的电源抑制（PSR）非常重要。本博文将重点介绍此测量所需的技术，并描述如何推导出ADC的PSR。
2 i% s2 u! E! c' F" Q0 W5 Q4 W* w: Z: `0 z% Q- i1 G7 n. N5 {, F& _9 F
& K* {( a! a* g$ t8 P8 ZADC需要一个或多个电源，如果不采取预防措施，其灵敏度可能会影响ADC的数据采集。电源灵敏度与时钟抖动问题无关，目前可以很好地理解。我们将仅以高速ti ADC3444 ADC为例，重点介绍本文中的电源灵敏度。的ADC3444是一个四信道14位的125Mbps ADC设计用于高性能多通道应用。
2 k$ h5 N. {, V& t2 {
( w) c7 e C/ m: _; m0 X( g. N从数据手册来看，ADC3444具有两个不同的电源：1.8V模拟电源和1.8V数字电源。数据表提供了电气特性（第7.7节）部分和应用部分（第11节）中的以下信息。; m/ O5 T5 Q/ L( ^- u
# W& z! K7 R0 g g1 E# ~% ~. D$ A
* r) Q c# V6 W2 a! ]
4 e! h n V q [7 E' c5 Z0 V! W' \) w* J
. R" z# y* c- u7 X. V% x( D" z: Z& a" F! j, }! J
在评估ADC的性能时，ADC具有成为自己的数字转换器的优势。我们感兴趣的是快速傅里叶变换（FFT）会发生什么，同时将单音信号数字化并向ADC电源引脚添加噪声音。为了简化，我们不会担心电源噪声，但会发出叠加在直流电源电压上的正弦波。我们可以使用功率放大器实现这种叠加，如图1所示。& _# K& X! f. w# B: ^
3 y. { v2 L O+ L" E$ L
图1：功率放大器简化原理图6 r4 ]5 J8 w# C& g3 x& j
1 w4 e3 Z, B; ^" \. J请注意，DC增益设置为1V / V. 输出端使用小型隔离电阻，有助于防止由电容负载引起的放大器不稳定。9 C. Z& F' h2 c9 M
: }" V- B/ K! b; ~" N6 w7 L1 x
在这一点上，我们只关注在单一频率下测量ADC的电源特性，为以后留下完整的PSRR频率图。由于ADC具有非常高的模拟带宽，因此我们期望模拟电源的PSRR为高频 - 或至少超出设计电源时所关注的最大频率。对于ADC3444，模拟输入带宽为540MHz。请注意，在电源引脚上添加任何旁路电容将改善高频下的测量PSR，因为电容会绕过任何高频。
/ d! V. p" q% r' M( k9 c$ g6 e5 B1 c1 h( w/ G
测试配置如图2所示，在模拟电源引脚（AVDD）和数字电源引脚（DVDD）之间没有任何区别。为了隔离AVDD和DVDD电源之间可能的相互作用，测量程序一次在单个电源上引入噪声音。每个电源的去耦遵循ADC3444数据表的建议。十三个AVDD引脚将使用0.1μF的X7R电容，总电流为1.3μF。同样，四个DVDD电源引脚每个都有0.22μF，DVDD电源总共为0.88μF。( I; @* u0 F+ L' {5 u! C
1 x( _# O, T p+ s
图2：测试配置1 z0 r4 i# y- P% e1 P
1 e! \1 p+ l1 y4 w) v# E; s
图3显示了ADC3444电源的结果。下面的每个图表都是模拟信号的快速傅里叶变换（FFT）。FFT是信号的分解，是正弦波的总和。简而言之，图表显示了信号的频率成分。因此，x轴是频率，y轴表示每个正弦波的幅度。在下面的示例中，我们使用100MHz时钟，从而获得50MHz的采集带宽。1 i5 `: @ n; H% n) {% a
! ~6 l5 k: k2 S7 P% u5 c; X5 m; F, Q馈入ADC的信号为19.8MHz，幅度为-2dBFS（dB低于满量程）。这在图3中示出，其是没有噪声音调的参考信号。9 \8 i7 J# e5 t* F- I3 A* r
6 T& n7 e6 [( I, U% G6 @图3：ADC3444 AVDD参考FFT
* d# S9 R' p# b" ], r8 W3 b5 C# K* S+ }, Q
为了评估ADC的PSR，为每个电源设计了以下程序：! O4 Z& W7 q% c6 l5 x _
& B1 e! l3 w3 z& N$ u8 ?1-将放大器连接到被评估的电源[这里将是AVDD或DVDD]% C% k$ `2 L5 _5 ?* p6 t
4 F. N/ y/ ?* O
2-将直流电源连接到其他电源。[此直流电源是一种清洁电源，因其低噪声特性而被选中]/ H) b9 u3 X$ b5 P
) h' O) X; }$ @
3-打开噪音并捕获FFT。[已选择噪声音调，以最大限度地抑制被测电源引脚上的干扰，同时仍然符合电源容差。
+ ]5 G2 H' W, t5 \. c$ C
; v, k, Z& X5 A0 ?图4显示了与ADC相同的信号音，但这次在AVDD电源引脚中增加了一个噪声音。由于所有其他条件相同，因此FTT上的任何降级都可以与AVDD电源上的噪声音调相关联。
6 Q5 f( K7 X" i) R2 u) a- H# [: x) j; z& ]) G
图4：ADC3444 AVDD响应100mVpp 1MHz正弦波叠加到1.8V! O/ ^3 T2 Q% v/ C
" S1 L1 u7 U* y9 A- F% P
然后我们在DVDD电源引脚上重复相同的实验，并获得图5所示的图表。这次噪声音仅出现在DVDD电源上。1 I% ?' e2 c5 A3 N! d
O2 A( O$ [* v6 p图5：ADC3444 DVDD响应100mVpp 1MHz正弦波叠加到1.8V
5 s6 n; s% {5 ?% _! O% `$ ]8 ^0 f
请注意，对于AVDD电源（图4），出现了三个额外的杂散：1MHz，18.8MHz和20.8MHz。随着噪声音调被添加到获取的频谱中，可以预期第一个音调。另外两个不需要的音调正好在右侧和左侧1MHz，与中心频率对称。4 k$ m1 B, S. e$ c
, d/ |$ }2 z/ Z
对于DVDD电源，图3和图5之间的唯一区别是1MHz的新杂散。# `: s2 p0 K2 `/ y2 J0 Q, l
5 v5 Z: M: |! {2 R8 `6 o
图6总结了马刺的位置。请注意，马刺的幅度旨在纯粹是描述性的而非定量的。% O) c# h% n+ u* k4 i, t
5 C3 O( ]2 ^% q3 t( l图6：AVDD和DVDD电源的马刺位置) L: E7 R1 q& Q% ?7 S
3 f' \% i4 I/ J" k; X
现在我们已经进行了初始测量，我们仍然需要解释它以便能够提取所需的PSRR规范。100mV交流信号称为干扰信号，可确保其足够大，足以伸出ADC本底噪声，同时又不会超过AVDD和DVDD上的工作电压范围。- q9 {: q: C p ?) ^3 H
" O. e8 b# [7 c) \3 m$ }' a3 j
让我们使用图6和图7来帮助我们解释结果并将dB低于满量程（dBFS）转换为PSRR规范。假设基波幅度为-2dBFS。由于图7中的ADC3444数据手册告诉我们0dBFS（或满量程）是2Vpp，我们可以将dBFS转换为Vpp。这可以通过下面的等式1来实现：
3 R; _, \, p. p- P8 e: K' h
* X; u8 U; s {+ ~- @. o0 ?
; g6 w" k, x& t" c' ^6 m将此应用于-2dBFS基波，ADC输入端的差分电压摆幅为：
% _. S! v) h4 Z3 v9 o1 r/ I. B' W
: d7 b* K+ N' d; y$ @ H! {
) d, v% R* E- k$ K
& L: f- p4 z, p9 J2 }, d+ y! h我们现在可以将ADC FFT结果中的dBFS测量结果转换为可以与AC输入信号进行比较的信号，从而计算出ADC电源的抑制程度。AVDD电源上的100mV信号对-2dBFS信号的影响为-95dBFS。数据手册告诉我们0dBFS是2Vpp（见图5），所以-95dBFS可以通过以下公式计算：
' _' X; J, ]' q. e- ?4 ^ z& X; F& p
. z+ \1 R& r3 C: i# b8 I3 V1 Q& G1 w' N
然后可以使用公式2计算PSRR：
- Q2 _) q$ ]' V+ U/ T+ V
7 @( D/ q7 @! p [7 \$ e$ ]$ l* `: n' H5 K
将数字插入等式2给出了PSRR（电源抑制比），其中-2dBFS基本幅度和电源上的1MHz干扰信号。2 P8 |; N- B ?. ?1 y0 W* x" x4 b
7 l# r& B" z+ X1 x$ c* Q% n
& V& i9 D% L* p* O/ a/ r. r! h: U/ `
5 P+ H" \7 Q8 N: }$ k, ^# {* q0 D; I
" g! [% k1 s7 G
图7：模拟输入电气特性
. q: q/ |! F8 d
1 u0 l% g$ j8 X3 |通过针对每个电源和多个频率重复此处描述的过程，可以轻松地为任何ADC开发psr模型。请注意，PSR模型包括推荐的旁路电容的影响。
; k( p2 z% U* U. n' y7 L. a- D- Z1 M. f6 H' k5 h* y
这篇文章中的技术只是评估ADC电源PSR的第一步。 5 d& L: d- N# ?; O% t; l
|
|
/1 
发表于 2020-6-19 14:01
收藏
淘帖
支持！
反对！