直流偏移校正功能與 ADS58H40 PCB 布局優(yōu)化

3、碼域翻轉(zhuǎn)干擾所帶來的問題

以 ADS58H40 為例，圖示說明碼域翻轉(zhuǎn)干擾信號(hào)耦合到 ADC 模擬輸入端的后果。

在 PCB 布局不理想時(shí)，如上圖所示輸出數(shù)據(jù)端直接或間接的通過時(shí)鐘或 ADC 的 VCM 耦合到了 ADC 的模擬輸入端。
受此干擾信號(hào)影響，將 ADS58H40 通道空采得到的數(shù)據(jù)做 FFT 變換得到的頻域圖如下：

從圖中可以清晰的看到 ADC 采集到的是波浪型底噪，它略微的惡化了 ADC 的信噪比（SNR），并且會(huì)導(dǎo)致小信號(hào)的幅度測(cè)量不準(zhǔn)確，影響接收機(jī)靈敏度的測(cè)試。
為了進(jìn)一步說明碼域翻轉(zhuǎn)干擾的影響。用不同幅度的信號(hào)輸入給 ADS58H40 進(jìn)行掃頻測(cè)試，將采集到的數(shù)據(jù)制圖如下：

ADS58H40 的采樣時(shí)鐘為 245.76MHz，針對(duì)其第二奈奎斯特域的中心 60M 范圍，使用 5 個(gè)功率等級(jí)進(jìn)行掃頻。在功率大于-40dBFs 時(shí)，由于 PCB 布局不當(dāng)所引入的碼域翻轉(zhuǎn)干擾對(duì)輸入信號(hào)影響很?。ㄓ捎?ADC 前端有濾波器的關(guān)系，所以輸入信號(hào)不是完全平整的）。但是隨著輸入信號(hào)功率的減小此干擾對(duì)輸入信號(hào)的影響越來越大，在輸入信號(hào)幅度低于-60dBFs 時(shí)，去除模擬輸入端濾波器的影響后其引起的功率誤差依然可以達(dá)到 3dB 以上。

4、針對(duì)碼域翻轉(zhuǎn)干擾的 ADS58H40 PCB 布局優(yōu)化

為了避免碼域翻轉(zhuǎn)干擾耦合到 ADC 的模擬輸入端，需要針對(duì)性的避免一些不當(dāng)?shù)?PCB 布局。碼域翻轉(zhuǎn)干擾可以通過三個(gè)途徑耦合：（1）數(shù)據(jù)輸出線與模擬輸入電路布局很近且平行，直接耦合。（2）數(shù)據(jù)輸出線耦合到 ADC 的時(shí)鐘信號(hào)再間接耦合到模擬輸入端。（3）數(shù)據(jù)輸出線耦合到 ADC 的 VCM，再通過 VCM 間接耦合到模擬輸入端。

上圖為 ADS58H40EVM 評(píng)估板的 PCB 布局，在基站收發(fā)信機(jī)上不會(huì)有這么大的空間來給其布局，一些走線難免會(huì)離得很近，所以針對(duì)碼域翻轉(zhuǎn)干擾的三個(gè)耦合途徑，建議對(duì) ADS58H40 PCB布局做出以下三個(gè)優(yōu)化：

（1） ADS58H40 的數(shù)據(jù)輸出 LVDS 線與模擬輸入電路分開布局，不要平行或交叉。
（2） ADS58H40 的采樣時(shí)鐘線與隨路時(shí)鐘線布局盡可能的遠(yuǎn)離模擬輸入端，不要與其近距離平行。
（3） ADS58H40 的 VCM 線最好通過過孔直接從模擬輸入電路的差分端中間接入，如上圖四個(gè)紅色圈的中心。在模擬輸入端 VCM 接入口必須加上對(duì)地的濾波電容。VCM 信號(hào)不要做成 VCM 電源平面，而且布局時(shí)使其盡量遠(yuǎn)離數(shù)據(jù)輸出線。

經(jīng)過 PCB 布局優(yōu)化的 ADS58H40 使能 DC offset correction function 后不再具有紋波底噪，而且 ADC底噪更佳（Figure 8）。在-60dBFs 的小信號(hào)掃頻測(cè)試中，去除模擬輸入端濾波器的影響后其波動(dòng)在 0.5dB以內(nèi)。


Figure 8 Normal noise floor after PCB layout optimization

5、結(jié)論

ADC 的 DC offset correction function 可以有效的抑制直流偏移所帶來的誤差。不過在PCB 布局不當(dāng)時(shí)，開啟此功能所帶來的碼域翻轉(zhuǎn)干擾會(huì)使 ADC 具有紋波底噪并且其采集到的小信號(hào)幅度波動(dòng)會(huì)達(dá)到 3dB 以上。通過針對(duì)性的 PCB 布局優(yōu)化可以有效的解決這個(gè)問題，將-60dBFs的小信號(hào)波動(dòng)控制在 0.5dB 以內(nèi)。

6、參考資料

ADS58H40 datasheet，2012 年 11 月修訂版，Texas Instruments Inc。
Idle noise degradation，2013 年 4 月，Pradeep Nair, Texas Instruments Inc。
ADS58H40EVM-LYR C，2012 年 10 月，Texas Instruments Inc。