模擬工程師必知必會:帶你全方位學習模數(shù)轉(zhuǎn)換器三

　　雖然ADC看起來非常簡單，但它們必須正確使用才能獲得最優(yōu)的性能。ADC具有與簡單模擬放大器相同的性能限制，比如有限增益、偏置電壓、共模輸入電壓限制和諧波失真等。ADC的采樣特性需要我們更多地考慮時鐘抖動和混疊。以下一些指南有助于工程師在設計中充分發(fā)揮ADC的全部性能。

　　模擬輸入

　　要認真對待ADC的模擬輸入信號，盡量使它保持干凈，“無用輸入”通常會導致“數(shù)字化的無用輸出”。模擬信號路徑應遠離任何快速開關的數(shù)字信號線，以防止噪聲從這些數(shù)字信號線耦合進模擬路徑。

　　雖然簡化框圖給出的是單端模擬輸入，但在高性能ADC上經(jīng)常使用差分模擬輸入。差分驅(qū)動ADC可以提供更強的共模噪聲抑制性能，由于有更小的片上信號擺幅，因此一般也能獲得更好的交流性能。差分驅(qū)動一般使用差分放大器或變壓器實現(xiàn)。變壓器可以提供比放大器更好的性能，因為有源放大器會帶來影響總體性能的額外噪聲源。但是，如果需要處理的信號含有直流成份，具有隔直流特性的變壓器就不能用。在設計預驅(qū)動電路時必須考慮驅(qū)動放大器的噪聲和線性性能。需要注意的是，因為高性能ADC通常有非常高的輸入帶寬，因此在ADC輸入引腳處直接濾波可以減少混入基帶的寬帶噪聲數(shù)量。

　　參考輸入

　　參考輸入應看作是另一個模擬輸入，必須盡可能保持干凈。參考電壓(VREF)上的任何噪聲與模擬信號上的噪聲是沒有區(qū)別的。一般ADC的數(shù)據(jù)手冊上會規(guī)定要求的去耦電容。這些電容應放置在離ADC最近的地方。為了節(jié)省電路板面積，PCB設計師有時會將去耦電容放在PCB的背面，這種情況應盡可能避免，因為過孔的電感會降低高頻時電容的去耦性能。VREF通常用來設置ADC的滿刻度范圍，因此減小VREF電壓值會減小ADC的LSB值，使得ADC對系統(tǒng)噪聲更加敏感(1V滿刻度10位ADC的LSB值等于1V/210=1mV)。

　　圖1：典型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器功能框圖

　　時鐘輸入

　　根據(jù)具體的應用，數(shù)字時鐘輸入可能與模擬輸入具有同等的重要性。ADC中有兩大噪聲源：一個是由輸入信號的量化引起的(正比于ADC中的位數(shù))，另一個是由時鐘抖動引起的(在錯誤時間點采樣輸入信號)。根據(jù)以下公式，在非過采樣ADC應用中量化噪聲將限制最大可能的信噪比(SNR)值。

　　其中，N為ADC的位數(shù)、SNR為信噪比。

　　從直觀感覺這是有意義的：每增加一位，ADC編碼的總數(shù)量就會增加一倍，量化不確定性可降低一半(6dB)。因此理論上一個10位ADC可以提供61.96dB的SNR。根據(jù)以下等式，采樣時鐘上的任何抖動都會進一步降低SNR：

　　其中，SNRj是受抖動限制的SNR，fa是模擬