鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1005次 | 2020年03月03日
如何測量模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的電源抑制
為了避免電源噪聲影響信號鏈模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）中的信號完整性，測量ADC的電源抑制（pSR）非常重要。本博文將重點(diǎn)介紹此測量所需的技術(shù)，并描述如何推導(dǎo)出ADC的pSR。
ADC需要一個(gè)或多個(gè)電源，如果不采取預(yù)防措施，其靈敏度可能會影響ADC的數(shù)據(jù)采集。電源靈敏度與時(shí)鐘抖動問題無關(guān)，目前可以很好地理解。我們將僅以高速tiADC3444ADC為例，重點(diǎn)介紹本文中的電源靈敏度。的ADC3444是一個(gè)四信道14位的125MbpsADC設(shè)計(jì)用于高性能多通道應(yīng)用。
從數(shù)據(jù)手冊來看，ADC3444具有兩個(gè)不同的電源：1.8V模擬電源和1.8V數(shù)字電源。數(shù)據(jù)表提供了電氣特性（第7.7節(jié)）部分和應(yīng)用部分（第11節(jié)）中的以下信息。
在評估ADC的性能時(shí)，ADC具有成為自己的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的優(yōu)勢。我們感興趣的是快速傅里葉變換（FFT）會發(fā)生什么，同時(shí)將單音信號數(shù)字化并向ADC電源引腳添加噪聲音。為了簡化，我們不會擔(dān)心電源噪聲，但會發(fā)出疊加在直流電源電壓上的正弦波。我們可以使用功率放大器實(shí)現(xiàn)這種疊加，如圖1所示。
圖1：功率放大器簡化原理圖
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
請注意，DC增益設(shè)置為1V/V.輸出端使用小型隔離電阻，有助于防止由電容負(fù)載引起的放大器不穩(wěn)定。
在這一點(diǎn)上，我們只關(guān)注在單一頻率下測量ADC的電源特性，為以后留下完整的pSRR頻率圖。由于ADC具有非常高的模擬帶寬，因此我們期望模擬電源的pSRR為高頻-或至少超出設(shè)計(jì)電源時(shí)所關(guān)注的最大頻率。對于ADC3444，模擬輸入帶寬為540MHz。請注意，在電源引腳上添加任何旁路電容將改善高頻下的測量pSR，因?yàn)殡娙輹@過任何高頻。
測試配置如圖2所示，在模擬電源引腳（AVDD）和數(shù)字電源引腳（DVDD）之間沒有任何區(qū)別。為了隔離AVDD和DVDD電源之間可能的相互作用，測量程序一次在單個(gè)電源上引入噪聲音。每個(gè)電源的去耦遵循ADC3444數(shù)據(jù)表的建議。十三個(gè)AVDD引腳將使用0.1μF的X7R電容，總電流為1.3μF。同樣，四個(gè)DVDD電源引腳每個(gè)都有0.22μF，DVDD電源總共為0.88μF。
圖2：測試配置
圖3顯示了ADC3444電源的結(jié)果。下面的每個(gè)圖表都是模擬信號的快速傅里葉變換（FFT）。FFT是信號的分解，是正弦波的總和。簡而言之，圖表顯示了信號的頻率成分。因此，x軸是頻率，y軸表示每個(gè)正弦波的幅度。在下面的示例中，我們使用100MHz時(shí)鐘，從而獲得50MHz的采集帶寬。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
饋入ADC的信號為19.8MHz，幅度為-2dBFS（dB低于滿量程）。這在圖3中示出，其是沒有噪聲音調(diào)的參考信號。
圖3：ADC3444AVDD參考FFT
為了評估ADC的pSR，為每個(gè)電源設(shè)計(jì)了以下程序：
1-將放大器連接到被評估的電源[這里將是AVDD或DVDD]
2-將直流電源連接到其他電源。[此直流電源是一種清潔電源，因其低噪聲特性而被選中]
3-打開噪音并捕獲FFT。[已選擇噪聲音調(diào)，以最大限度地抑制被測電源引腳上的干擾，同時(shí)仍然符合電源容差。
圖4顯示了與ADC相同的信號音，但這次在AVDD電源引腳中增加了一個(gè)噪聲音。由于所有其他條件相同，因此FTT上的任何降級都可以與AVDD電源上的噪聲音調(diào)相關(guān)聯(lián)。
圖4：ADC3444AVDD響應(yīng)100mVpp1MHz正弦波疊加到1.8V
然后我們在DVDD電源引腳上重復(fù)相同的實(shí)驗(yàn)，并獲得圖5所示的圖表。這次噪聲音僅出現(xiàn)在DVDD電源上。
圖5：ADC3444DVDD響應(yīng)100mVpp1MHz正弦波疊加到1.8V
請注意，對于AVDD電源（圖4），出現(xiàn)了三個(gè)額外的雜散：1MHz，18.8MHz和20.8MHz。隨著噪聲音調(diào)被添加到獲取的頻譜中，可以預(yù)期第一個(gè)音調(diào)。另外兩個(gè)不需要的音調(diào)正好在右側(cè)和左側(cè)1MHz，與中心頻率對稱。
對于DVDD電源，圖3和圖5之間的唯一區(qū)別是1MHz的新雜散。
圖6總結(jié)了馬刺的位置。請注意，馬刺的幅度旨在純粹是描述性的而非定量的。
圖6：AVDD和DVDD電源的馬刺位置
現(xiàn)在我們已經(jīng)進(jìn)行了初始測量，我們?nèi)匀恍枰忉屗员隳軌蛱崛∷璧膒SRR規(guī)范。100mV交流信號稱為干擾信號，可確保其足夠大，足以伸出ADC本底噪聲，同時(shí)又不會超過AVDD和DVDD上的工作電壓范圍。
讓我們使用圖6和圖7來幫助我們解釋結(jié)果并將dB低于滿量程（dBFS）轉(zhuǎn)換為pSRR規(guī)范。假設(shè)基波幅度為-2dBFS。由于圖7中的ADC3444數(shù)據(jù)手冊告訴我們0dBFS（或滿量程）是2Vpp，我們可以將dBFS轉(zhuǎn)換為Vpp。這可以通過下面的等式1來實(shí)現(xiàn)：
將此應(yīng)用于-2dBFS基波，ADC輸入端的差分電壓擺幅為：
我們現(xiàn)在可以將ADCFFT結(jié)果中的dBFS測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為可以與AC輸入信號進(jìn)行比較的信號，從而計(jì)算出ADC電源的抑制程度。AVDD電源上的100mV信號對-2dBFS信號的影響為-95dBFS。數(shù)據(jù)手冊告訴我們0dBFS是2Vpp（見圖5），所以-95dBFS可以通過以下公式計(jì)算：
然后可以使用公式2計(jì)算pSRR：
將數(shù)字插入等式2給出了pSRR（電源抑制比），其中-2dBFS基本幅度和電源上的1MHz干擾信號。
圖7：模擬輸入電氣特性
通過針對每個(gè)電源和多個(gè)頻率重復(fù)此處描述的過程，可以輕松地為任何ADC開發(fā)pSR模型。請注意，pSR模型包括推薦的旁路電容的影響。
這篇文章中的技術(shù)只是評估ADC電源pSR的第一步。接下來的文章將介紹如何使用此信息來表征ADC電源并指導(dǎo)產(chǎn)品和外部元件選擇。
