高速ADC采集系统电路设计的考虑及分析

文章摘要：摘要：高性能ADC采集系统前端电路的设计及ADC本身固有的特点对系统性能的影响至关重要，优化高速采样系统设计取决于很多因素，包括应用性质、系统组成和ADC的结构，本文主要介绍了使用放大器或变压器作为ADC前端电路以及ADC芯片固有特点对系统性能的影响分析。关键词：模数转换；前端电路；系统性能；阻抗匹配；信噪比0 引言 在高速中频采样电路系统设计中，低噪声、最大限度的控制波形的畸变、低功耗、良好的增益控制、高度的通带平坦性、最大传输功率、输入驱动能力及最低的幅相失衡等因素是设计师在设计采样电路时追求的优化设计指标，而这些指标的获得和提高取决高速AD采集系统的各个电路环节，本文从高速采集系统

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摘要：高性能ADC采集系统前端电路的设计及ADC本身固有的特点对系统性能的影响至关重要，优化高速采样系统设计取决于很多因素，包括应用性质、系统组成和ADC的结构，本文主要介绍了使用放大器或变压器作为ADC前端电路以及ADC芯片固有特点对系统性能的影响分析。
关键词：模数转换；前端电路；系统性能；阻抗匹配；信噪比

0 引言
    在高速中频采样电路系统设计中，低噪声、最大限度的控制波形的畸变、低功耗、良好的增益控制、高度的通带平坦性、最大传输功率、输入驱动能力及最低的幅相失衡等因素是设计师在设计采样电路时追求的优化设计指标，而这些指标的获得和提高取决高速AD采集系统的各个电路环节，本文从高速采集系统中前端调理电路的设计、系统参数的考虑、ADC固有的电路特性以及输入信号的形式等多个方面对系统性能的影响作出了综合性的分析、比较和论证，希望能够对高速采集系统的设计工作起到一定的借鉴和指导作用。

1 放大器或变压器前端调理电路对系统设计的影响分析
1．1 放大器和变压器作为前端调理电路的根本区别
    放大器是有源器件，而变压器是无源器件。放大器和其它所有有源器件一样，消耗功率并且产生噪声，变压器不消耗功率并且产生的噪声可以忽略不计。两者均涉及到动态效应问题。
1．2 放大器和变压器作为前端调理电路的优缺点
    放大器作为前端调理电路，其性能限制比变压器少，如果必须保持直流(DC)电平，就必须使用放大器，因为变压器是固有的交流(AC)器件。另外，放大器在提供电路的增益方面较变压器容易，因为放大器的输出阻抗实质上与增益无关。另一方面，放大器在通带范围内能够提供平坦的响应，而没有由于变压器寄生交互作用引起的纹波。这些因素均是放大器作为采样前端调理电路优于变压器的方面。
    变压器作为无源器件，低功耗、低噪声是其无可比拟的最大优点，当信号的频率很高而且ADC的输入端不允许很大的附加噪声时，变压器具有超越放大器的最大性能优势，此外，在考虑到带宽与噪声的折中方面，如果采用的频率高于150 MHz，变压器在保持SNR和SFDR等方面会较放大器更为出色。
1．3 放大器或变压器前端调理电路选用时所需考虑的因素
    前面介绍了两种采样前端调理电路的本质区别及各自的优缺点，但是我们在具体电路设计时只能选择其中一种作为实际的前端调理电路，本文将究竟选择变压器还是放大器来驱动ADC的考虑因素及优选方案，归纳为表1所示。

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3．2 输入缓冲器型ADC电路特性对系统设计的影响
    输入缓冲器型的ADC比较容易理解和使用。输入源阻抗固定，缓冲器由晶体管组成，它以低阻抗驱动ADC，所以大大地减少了注入电荷和开关管引起的尖峰。与带开关电容的ADC不同，输入阻抗在模拟输入频率范围内变化很小，所以选择合适的驱动电路相对容易一些。带缓冲器的ADC特别适合于高线性、低噪声应用；它唯一的缺点是由于它自身的功耗导致ADC总功耗增加。

4 输入信号形式对系统性能的影响分析
    输入信号的形式对于高速采集系统的性能影响至关重要，图4、图5分别给出了单端输入信号和差分输入信号与时钟相关的波形测量图。
图4中示出的ADC的单端输入波形看起来很差，有很多与时钟相关的尖峰干扰，但是，图5证明了单端输入波形受到的干扰几乎完全是由于共模电压的影响。从图5中看出差分形式的输入信号要干净很多，与时钟相关的尖峰干扰消失了。差分信号固有的共模抑制特性能够消除共模噪声，包括来自电源、数字源和电荷注入引起的共模噪声。

  

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