你的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是好是壞可能只取決于它的電源

　　筆者曾聽(tīng)人把電源形容成“電路的鞋帶?！毕耠娐芬粯樱藗兂樾拥脑O(shè)計(jì)和款式做大量艱苦的工作，卻直到最后才會(huì)想起鞋帶。雖然電源往往是后添加的東西，但它們的設(shè)計(jì)可能正如信號(hào)鏈本身一樣重要。

　　在本系列的第一部分，筆者將介紹電源抑制(PSR)的概念，并說(shuō)明電源如何能影響Δ-Σ型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的性能。

　　筆者的直流(DC)電源“固如磐石”，對(duì)嗎?

　　您的電源也許并不如您想象的那樣堅(jiān)固耐用，信不信由您。從DC的角度來(lái)看，組件容差和溫度漂移都可能導(dǎo)致您的電源輸出因電路板不同和溫度變化而發(fā)生變化。輕微的變化似乎無(wú)關(guān)緊要(如果它仍在您ADC的工作條件范圍內(nèi))，但這可能會(huì)在ADC傳輸函數(shù)中產(chǎn)生額外的偏移和增益誤差。

　　電源也可能噪聲很大。根據(jù)它們的來(lái)源或周?chē)h(huán)境，DC電源還可支持交流(AC)組件。

　　我們都熟悉由50Hz/60Hz電源線(xiàn)引起的令人頭痛的頑疾(比喻)。電源線(xiàn)噪聲往往能找到一種途徑，可通過(guò)照明或附近設(shè)備耦合而入，即便是電池供電型應(yīng)用也難幸免。對(duì)某些應(yīng)用而言，這種噪聲可直接進(jìn)入到您值得關(guān)注的信號(hào)帶寬范圍內(nèi)。

　　此外，較復(fù)雜的系統(tǒng)還可用開(kāi)關(guān)DC/DC轉(zhuǎn)換器來(lái)讓自己的電源“降壓”或“升壓”，從而變成另一種電壓，這樣就能由單個(gè)電源產(chǎn)生多個(gè)電源。這些開(kāi)關(guān)

　　電源的頻率存在范圍也許遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了值得關(guān)注的信號(hào)帶寬范圍，但這些頻率有可能混疊回通帶中。這會(huì)直接影響重要的AC技術(shù)參數(shù)，如信噪比(SNR)和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)。

　　ADC需要穩(wěn)定的純DC電源，因此該電源中的任何變化均有可能改變ADC的性能。像大多數(shù)有源組件一樣，ADC經(jīng)設(shè)計(jì)具備一些固有的抗電源變化能力，但有一點(diǎn)至關(guān)重要 —— 那就是要對(duì)該能力進(jìn)行量化，看它是否足以讓您的應(yīng)用正常運(yùn)行。

　　筆者的ADC對(duì)其電源的易感程度如何?

　　ADC PSR描述了ADC輸出變化與其電源變化的相關(guān)性。有時(shí)它被指定為一個(gè)比值，稱(chēng)為電源抑制比(PSRR)，用分貝(dB)來(lái)表示。TI的Δ-Σ型ADC通常采用兩種方式來(lái)指定PSRR：PSRRDC和PSRRAC。

　　PSRRDC可衡量ADC對(duì)電源中DC位移的抑制能力。為了測(cè)定PSRRDC，您要將ADC輸入短接在一起并把它們偏置到中間電源，如圖1所示。然后，您通過(guò)一個(gè)干凈的DC電源為模擬ADC電源(AVDD)供電，并記錄輸出端的偏移電壓。當(dāng)您將電源電壓增加或減少100mV時(shí)，記錄您在ADC輸出端觀(guān)察到的任何變化。圖2展示了電源電壓中100mV的變化如何讓ADS1220中的初始偏移電壓發(fā)生了562nV的變化。采用方程式1，計(jì)算出PSRRDC為-105dB。

　　圖1：PSRRDC測(cè)試設(shè)置

　　圖2：ADS1220PSRRDC測(cè)定

　　方程式(1)

　　PSRRAC可衡量ADC的電源噪聲或紋波抑制能力。為了測(cè)定PSRRAC，您要讓ADC輸入短接在一起并偏置到中間電源，同時(shí)將一個(gè)100mVpp的正弦波(VIN)添加到DC電源，如圖3所示。偏移電壓等于所需電源電壓的AC信號(hào)發(fā)生器正可一用。對(duì)于值得關(guān)注的頻率，您可記錄用快速傅立葉變換(FFT)算法計(jì)算輸出數(shù)據(jù)得出的基調(diào)振幅，并用方程式2算出PSRRAC。對(duì)ADS1278而言，要憑借2.5V的參考電壓和24位的分辨率將一個(gè)振幅為100mV的紋波從滿(mǎn)量程轉(zhuǎn)變到-28dB。如果該電源紋波具有60Hz的頻率，那么ADS1278將使該紋波再衰減-80dB，從而讓60Hz頻率下的輸出量值降至-108dB。產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)通常為電氣特性表中50Hz和60Hz的頻率以及典型特性圖中的所有其它頻率(高達(dá)100kHz或1MHz)提供PSRRAC規(guī)格。

　　圖3：PSRRAC測(cè)試設(shè)置

　　圖4：ADS1278PSRRAC測(cè)定

　　方程式(2)

　　正如筆者前面所提，大多數(shù)ADC均有一定的PSR水平(基于它們的設(shè)計(jì)方式)。對(duì)于需要更強(qiáng)PSR能力的應(yīng)用，本系列的下一篇文章將討論在您的系統(tǒng)中提高PSR水平的方法。