采用抗混疊濾波器的高性能、12位、500 MSPS寬帶接收機(jī)

濾波器和接口設(shè)計(jì)程序

為實(shí)現(xiàn)最佳性能（帶寬、SNR、SFDR等），放大器和ADC應(yīng)對(duì)一般電路形成一定設(shè)計(jì)限制：

放大器應(yīng)參考數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦的正確直流負(fù)載，以獲得最佳性能。

放大器與濾波器的負(fù)載間必須使用正確數(shù)量的串聯(lián)電阻。這是為了防止通帶內(nèi)的不需要的峰值。

ADC的輸入應(yīng)通過(guò)外部并聯(lián)電阻降低，并使用正確串聯(lián)電阻將ADC與濾波器隔離開(kāi)。此串聯(lián)電阻也會(huì)減少峰值。

圖5所示的一般電路適用于大多數(shù)高速差分放大器/ADC接口，將作為本文的討論基礎(chǔ)。此設(shè)計(jì)方法傾向于利用大多數(shù)高速ADC的相對(duì)較高輸入阻抗和驅(qū)動(dòng)源（放大器）的相對(duì)較低阻抗，將濾波器的插入損耗降至最低。

圖5. 采用低通濾波器的一般差分放大器/ADC接口

基本設(shè)計(jì)流程如下：

選擇外部ADC端接電阻RTADC，使得RTADC與RADC的并聯(lián)組合介于200 Ω和400 Ω之間

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和/或ADC數(shù)據(jù)手冊(cè)建議選擇RKB，通常介于5 Ω和36 Ω之間。

使用下式計(jì)算濾波器負(fù)載阻抗：

ZAAFL= RTADC|| (RADC+ 2RKB)

S選擇放大器外部串聯(lián)電阻RA。如果放大器差分輸出阻抗在100 Ω至200 Ω范圍內(nèi)，RA應(yīng)小于10 Ω。如果放大器輸出阻抗為12 Ω或更低，RA應(yīng)介于5 Ω和36 Ω之間。

選擇RTAMP，使放大器獲得的總負(fù)載ZAL最適合通過(guò)以下公式選擇的特定差分放大器：

ZAL= 2RA+ (ZAAFL|| 2RTAMP)

計(jì)算濾波器源阻抗

ZAAFS= 2RTAMP|| (ZO+ 2RA)

使用濾波器設(shè)計(jì)程序或表，利用源阻抗、負(fù)載阻抗、ZAAFS和ZAAFL、濾波器類型、帶寬、階次等設(shè)計(jì)濾波器。帶寬比采樣速率的一半高出約40%，以確保直流至fs/2頻率范圍內(nèi)的平坦度。

內(nèi)部ADC電容CADC應(yīng)從程序生成的最終分流電容值減去。程序?qū)⒔o出差分分流電容值CSHUNT2。最終共模分流電容為：

CAAF2= 2(CSHUNT2– CADC)

經(jīng)過(guò)上述初步計(jì)算，應(yīng)了解電路的下列項(xiàng)目。

CAAF2值應(yīng)至少為10 pF，比CADC大數(shù)倍。這樣可將濾波器對(duì)CADC波動(dòng)的敏感度降至最低。

ZAAFL與ZAAFS之比不應(yīng)高于約7，使濾波器在大多數(shù)濾波器表和設(shè)計(jì)程序的限值內(nèi)

CAAF1值應(yīng)至少為5 pF，以盡可能降低對(duì)寄生電容和元件波動(dòng)的敏感度。

電感LAAF應(yīng)為合理值，至少為數(shù)nH。

在某些情況下，濾波器設(shè)計(jì)程序可提供一個(gè)以上獨(dú)特解決方案，特別是對(duì)于更高階濾波器。應(yīng)始終選擇采用最合理元件值組合的解決方案。另外應(yīng)選擇結(jié)束于分流電容的配置，以便分流電容與ADC輸入電容組合。

電路優(yōu)化技術(shù)和權(quán)衡

本接口電路內(nèi)的參數(shù)具有高互動(dòng)性；因此優(yōu)化電路的所有關(guān)鍵規(guī)格（帶寬、帶寬平坦度、SNR、SFDR、增益等）幾乎不可能。不過(guò)，通過(guò)變更RA和RKB，可以最大程度地減少通常發(fā)生于帶寬響應(yīng)內(nèi)的尖峰。

通帶內(nèi)的尖峰隨輸出串聯(lián)電阻RA值增加而降低。然而，此電阻值增加時(shí)，信號(hào)衰減也會(huì)增加，放大器必須驅(qū)動(dòng)更大信號(hào)才能填充ADC的滿量程輸入范圍。

RA值也會(huì)影響SNR性能。更大值在降低帶寬峰化的同時(shí)傾向略微提高SNR，因?yàn)轵?qū)動(dòng)ADC滿量程需要更高信號(hào)電平。

ADC輸入端的RKB串聯(lián)電阻應(yīng)選擇為盡量減少任何殘余電荷注入（從ADC內(nèi)部采樣電容）造成的失真。增加此電阻也傾向減小帶內(nèi)尖峰。

不過(guò)，增加RKB會(huì)增加信號(hào)衰減，因此放大器必須驅(qū)動(dòng)更大信號(hào)才能填充ADC的輸入范圍。

優(yōu)化通帶平坦度的另一方法是略微變更濾波器分流電容CAAF2。

ADC輸入端接電阻RTADC通常應(yīng)選擇為使凈ADC輸入阻抗介于200 Ω和400 Ω之間。降低該電阻可減少ADC輸入電容的效應(yīng)并穩(wěn)定濾波器設(shè)計(jì)，但會(huì)增加電路的插入損耗。提高該值也會(huì)減小峰值。

上述因素的權(quán)衡可能有些困難。本設(shè)計(jì)中，每個(gè)參數(shù)權(quán)重相等；因此所選值代表了所有設(shè)計(jì)特征的接口性能。某些設(shè)計(jì)中，可根據(jù)系統(tǒng)要求選擇不同值，以優(yōu)化SFDR、SNR或輸入驅(qū)動(dòng)電平。

請(qǐng)注意，本設(shè)計(jì)中的信號(hào)與0.1 μF電容進(jìn)行交流耦合，以阻擋放大器、其端接電阻和ADC輸入之間的共模電壓。共模電壓的詳情請(qǐng)參見(jiàn)AD9434數(shù)據(jù)手冊(cè)。

無(wú)源元件和PCB寄生考慮因素

該電路或任何高速電路的性能都高度依賴于適當(dāng)?shù)?/SPAN>PCB布局，包括但不限于電源旁路、受控阻抗線路（如需要）、元件布局、信號(hào)布線以及電源層和接地層。高速ADC和放大器PCB布局的詳情請(qǐng)參見(jiàn)教程MT-031和教程MT-101。

低寄生表面貼裝電容、電感和電阻應(yīng)用于濾波器內(nèi)的無(wú)源元件。所選電感來(lái)自Coilcraft 0603CS系列。濾波器所用表面貼裝電容的穩(wěn)定性和精度是5%、C0G、0402型。

系統(tǒng)的完整文檔請(qǐng)參見(jiàn)CN-0238設(shè)計(jì)支持包(www.analog.com/ CN0238-DesignSupport)

常見(jiàn)變化

對(duì)于需要更少帶寬、更高雜散性能和更低功耗的應(yīng)用，可使用ADA4927-1/ADA4927-2或ADA4938-1/ADA4938-2。ADA4927-1帶寬為2.3 GHz，僅使用20 mA的電流，而ADA4938-1帶寬為1.0 GHz，使用37 mA的電流。

對(duì)于需要更低分辨率的應(yīng)用，8位、500 MSPSAD9484與AD9434引腳兼容。AD9484在250 MHz模擬輸入頻率下的SNR為47 dBFS。

對(duì)于需要更低采樣速率的應(yīng)用，12位、170 MSPS/210 MSPS/250 MSPSAD9230是與AD9434引腳兼容的ADC，且具有大致相同的動(dòng)態(tài)性能。

對(duì)于需要數(shù)字預(yù)失真(DPD)觀測(cè)的應(yīng)用，也可考慮12位、500 MSPSAD6641該產(chǎn)品具有片內(nèi)16k × 12位FIFO。

電路評(píng)估與測(cè)試

此電路使用經(jīng)過(guò)修改的AD9434-500EBZ電路板和HSC-ADC-EVALCZFPGA數(shù)據(jù)采集板。這兩片板具有對(duì)接高速連接器，可以快速完成設(shè)置并評(píng)估電路性能。經(jīng)過(guò)修改的AD9434-500EBZ板包含依照本筆記所述進(jìn)行評(píng)估的電路，HSC-ADC-EVALCZ數(shù)據(jù)采集板配合Visual Analog評(píng)估軟件和SPI控制器軟件使用，以正確控制ADC并采集數(shù)據(jù)。AD9434-500EBZ板的原理圖、BOM和布局請(qǐng)參見(jiàn)用戶指南UG-290。CN-0238設(shè)計(jì)支持包中的“readme.txt”文件(www.analog.com/CN0238-DesignSupport)說(shuō)明了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)AD9434-500EBZ板做出的修改。應(yīng)用筆記AN-835詳細(xì)說(shuō)明了如何設(shè)置硬件和軟件，以運(yùn)行本電路筆記所述的測(cè)試。