ADC两种电源所需性能的指导原则

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ADC两种电源所需性能的指导原则

在这篇博文中，我们将完成模数转换器（ADC）表征，解释结果，并深入了解元件选择，以了解电源规格权衡与ADC性能的关系。

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" r6 p) K% L! O7 Z  e3 V( W: s

让我们首先看一下ADC PSRR特性。为了保持连续性，我们将使用ADC3444作为示例。该ADC3444是一款四通道，14位，125MSPS流水线ADC。使用“在ADC中测量PSRR”中开发的方法，我们创建了这些PSRR图：
9 f5 V, v& C8 l4 C5 k& P

2 h! `. ]0 ]4 L

• 模拟VDD（AVDD）PSRR在DC和基波与频率之间。
• AVDD PSRR与基波输入功率。
• 数字VDD（DVDD）PSRR与频率的关系。
  

作为前面讨论的提示，插入ADC模拟电源（AVDD）的频率f 0的AC信号产生三个杂散：一个在DC处于f 0处，两个在单个音调附近，频率为f±f 0。ADC（DVDD）的数字电源上的相同AC信号为f 0。见图1。

- i' k( j3 u) ~: X

  A0 G" {4 N" h) i; T! i+ |/ r* i

图1：由ADC电源上的AC信号引起的杂散位置

7 \3 ?& z- H; z$ r- u5 k

该ADC3444 AVDD和DVDD提供完整的PSRR特性，如下图所示。请注意，每个ADC的本地旁路都已到位，每个AVDD电源引脚上的电流为0.1μF，每个DVDD电源引脚上的电流为0.22μF，AVDD上的总电流为1.3μF，DVDD上的电流为0.88μF。图2是测试配置框图。

+ I. o/ e9 B% R% Z

5 m. R' B' n  z) ~5 k图2：（a）AVDD测试电路配置; （b）DVDD测试电路配置

图3显示了-2dBFS时基波的PSRR与频率的关系。两个结论突然出现在你面前：

; Q0 G  f, e, L# v( g, @+ f, G

• 基波周围的两个杂散的PSRR比DC的PSRR差20dB。
• 两种PSRR均为~200kHz，并且实际上正在改善。
  

围绕基本面的恶化的PSRR可能表明对基本幅度的依赖性。因此，我用500kHz ADC电源AC信号（干扰信号）测量了PSRR与幅度基波。
2 s$ F3 N: B' L' g

) K$ L0 h$ h( ?; A8 \% D

PSRR与频率的改善不是由ADC PSRR引起的，而是由旁路电容衰减的干扰信号引起的。
4 _& O0 s$ O  Y& O( u

' ]" E% l" Z/ Q$ V+ ?图3：AVDD PSRR与频率的关系
1 y2 R( U# S" G2 t# k

/ h5 N" [% V2 C7 Z

为了验证AVDD电源的PSRR是否依赖于基波，测量了图4。它显示了带有基波的杂散的dB / dB依赖性。换句话说，干扰源存在于基波周围，具有设定的dBc（低于载波的dB）响应。在DC，干扰源对于ADC的动态范围内的任何信号保持恒定。
( W9 \  E; H! e/ Z

2 b- w) k& a  j/ z. N7 K  K

图4：AVDD PSRR与模拟输入功率的关系
2 m) D5 ~; e/ q5 x: g$ H9 `

0 w/ ~* t' C& V- P1 E9 H$ q" M1 n: y

我对ADC的数字电源采用了相同的方法，如图5和图6所示。正如预期的那样，数字电源PSRR比模拟电源的PSRR要好一个数量级，即20dB。还可以感觉到旁路电容的存在，但超过300kHz，但不会像模拟电源一样长。也没有依赖于基波的幅度。
2 u1 f. v% Q- x: F

$ J5 x; `. |2 O8 Z

# ]* r4 p% h3 ~% c, z- H& c图5：DVDD PSRR与频率的关系
8 Y5 C  X7 t/ J9 F

$ ~2 _! M& o2 q0 B! j  M

图6：DVDD PSRR与输入功率的关系

这是一项有趣的练习，但我们可以从结果中得出什么结论呢？
7 c8 e6 p. x- I7 a

第一个结论是ADC3444中使用的架构对模拟电源最敏感。请记住，上述结果是典型的，应添加保护带。由于28dB是-2dBFS时的最差结果，PSRR降低了dB / dB，因此全摆幅0dBFS将具有26dB的PSRR。考虑到过热和过载变化至少10dB的保护带，使ADC3444 AVDD 的最小PSRR为16dB。10dB保护带是一种估计值，需要额外的特性以确保足够的性能水平。

4 @! D: S. t2 S8 c. F$ `

使用与“在ADC中测量PSRR”中相同的等式，参见下面的等式1和2。现在可以估计DC / DC转换器中存在的最大允许纹波，现在考虑到ADC直接由包含纹波的电源供电。

0 P( d* F$ l; {% S* f! A1 o

4 I( B  @$ h* M3 N. b

图7：非理想AVDD电源的电路配置
5 d3 \+ H3 b! `7 c& j4 w

系统设计公差将揭示维持所需性能的最大可接受刺激。我们在这里考虑最差的杂散不能超过-95dBFS。这意味着使用16dB最坏情况PSRR并使用下面的等式1和2，我们可以确定最大允许电源纹波。
) u. H: U# u2 s2 ]4 F! f' {$ s

. }3 h) M8 C" H+ y# d5 [7 P3 c) \

（ADC PSRR衰减后允许的最大纹波幅度）
$ s# d0 y1 |1 v% g0 ]% j. ?5 _

, f5 Y4 |  y5 [  N5 ?3 p( [, a9 z

2 l& \+ a! K3 d) r( J+ ~6 t+ |

这导致我们：
& M' I9 N2 [+ D2 B3 u

5 G( n. F/ j* K  \8 z

& T$ ]& M) O/ A3 k, M8 o

这是AVDD电源引脚上可能出现的最大纹波。
. o' F8 a- ]: b" }$ B, `

我们可以通过以下方式放宽这一严格要求：
/ F: K% i$ E8 B% _

5 {, \/ j3 \9 g2 [2 `/ ]# `

• 减少PSRR上的保护频带。
• 不在完全动态范围内运行ADC。
• 允许FTT中的杂散大于-95dBFS。
  9 h2 V* Y% o; W0 \$ ~$ Y' F. Q, F

DVDD电源PSRR将具有图8所示的测试配置。
- \! ]+ h. ?& W* _

$ A" ]' q5 j% g& z0 c# G# D

图8：非理想AVDD电源的电路配置

DVDD最差为62dB。在这个典型值上保持10dB的余量，我们可以计算出DVDD电源引脚上的最差干扰，以确保FFT中的-95dBFS性能为14.17mVpp。
+ J3 ?9 u: ?& L$ W" @3 ], Y

. F8 Y7 L5 ^9 w& g7 _* Q; f& Y/ u

这些计算提供了ADC两种电源所需性能的指导原则。

5 q: H1 W- U( H
2 @4 g) t( \; y7 m

1 m: O9 O* ]8 `7 D. L3 P

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