采用高輸入頻率、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。ADC輸入接口設(shè)計(jì)有6個(gè)主要條件：輸入阻抗、輸入驅(qū)動(dòng)、帶寬、通帶平坦度、噪聲和失真。看看這里羅列的這六個(gè)條件，你都了解嗎?

輸入阻抗

輸入阻抗是設(shè)計(jì)的特征阻抗。ADC的內(nèi)部輸入阻抗取決于ADC架構(gòu)的類型，ADC供應(yīng)商會(huì)在數(shù)據(jù)手冊(cè)或產(chǎn)品頁(yè)面上提供這一數(shù)據(jù)。電壓駐波比(VWSR)與輸入阻抗密切相關(guān)，衡量目標(biāo)帶寬內(nèi)反射到負(fù)載中的功率量。該參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)ADC滿量程輸入所需的輸入驅(qū)動(dòng)電平，因此很重要。當(dāng)源阻抗與負(fù)載阻抗相等時(shí)，發(fā)生最大功率傳輸。

圖1. 網(wǎng)絡(luò)分析儀上的輸入Z/VWSR

圖1所示的例子為利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得的一個(gè)前端網(wǎng)絡(luò)的輸入阻抗和VSWR曲線。輸入阻抗是設(shè)計(jì)的特征阻抗。大多數(shù)情況下，它是50Ω，但特定設(shè)計(jì)可能需要不同的阻抗。

VSWR是一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)，反映的是在目標(biāo)帶寬內(nèi)，有多少功率被反射到負(fù)載中。該參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)ADC滿量程輸入所需的輸入驅(qū)動(dòng)電平，因此很重要。注意，頻率越高，則將ADC輸入驅(qū)動(dòng)至滿量程所需的驅(qū)動(dòng)功率或增益越大。

輸入驅(qū)動(dòng)

輸入驅(qū)動(dòng)與帶寬特性相關(guān)，可設(shè)置特定應(yīng)用所需的系統(tǒng)增益。輸入驅(qū)動(dòng)電平應(yīng)在前端設(shè)計(jì)開(kāi)始之前確定，取決于所選的前端器件，如濾波器、變壓器和放大器等。

帶寬和通帶平坦度

帶寬是系統(tǒng)要使用的頻率范圍。通帶平坦度是指定帶寬內(nèi)的波動(dòng)量;引起波動(dòng)的原因可能是紋波效應(yīng)，或者是巴特沃茲濾波器的慢速滾降特性。通帶平坦度通常小于1 dB，對(duì)于設(shè)置整體系統(tǒng)增益至關(guān)重要。

噪聲

信噪比(SNR)和失真要求對(duì)ADC的選擇有幫助，因而一般在設(shè)計(jì)早期確定。轉(zhuǎn)換器看到的噪聲量與其自己的噪聲量之比即為SNR。SNR與帶寬、信號(hào)質(zhì)量(抖動(dòng))和增益相關(guān)。提高增益也會(huì)提高與之相關(guān)的噪聲成分。

失真

失真由無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)來(lái)衡量，SFDR指rms滿量程與峰值雜散頻譜成分的rms值之比。SFDR主要受兩個(gè)因素的控制。第一個(gè)因素是前端平衡質(zhì)量的線性度，它主要與二次諧波失真有關(guān)。第二個(gè)因素是所需的增益和輸入匹配。較高的增益要求會(huì)提高匹配難度。此外，高增益要求會(huì)壓縮ADC內(nèi)部器件的裕量，從而提高非線性度，而且由于有更多功率經(jīng)過(guò)外部無(wú)源器件，它們的非線性度也會(huì)提高。這種效應(yīng)一般被視為三次諧波。

圖2. 理想12位ADC的噪底，使用4096點(diǎn)FFT

圖2顯示了一個(gè)理想12位 ADC 的 4096 點(diǎn) FFT 的輸出以及一些基本運(yùn)算。理論SNR為74 dB。噪聲分布在整個(gè)奈奎斯特帶寬。FFT會(huì)增加處理增益，因?yàn)樗幚淼氖切?ldquo;倉(cāng)”，小倉(cāng)的寬度等于采樣頻率除以FFT點(diǎn)數(shù)。對(duì)于 4096 點(diǎn) FFT，處理增益為33 dB。這就像使模擬頻譜分析儀的帶寬變窄一樣。實(shí)際FFT噪底等于SNR加上處理增益，如圖2所示。

上述條件下的FFT噪底等于74 + 33 = 107 dBFS。在某些系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)多個(gè)獨(dú)立FFT的結(jié)果求平均值，這不會(huì)降低FFT噪底，只是減小噪聲成分的幅度變化。