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ADC信号链中放大器噪声对总噪声的贡献

作者:时间:2013-05-28来源:网络

简介

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/175159.htm

当模数转换器()的模拟输入被驱动至额定满量程输入电压时,提供最佳性能。但在许多应用中,最大可用信号与额定电压不同,可能需要调整。用于满足这一要求的器件之一是可变增益(VGA)。了解VGA如何影响的性能,将有助于优化整个信号链的性能。

本文分析一个采用双通道16位、125/105/80 MSPS、流水线ADC AD9268和超低失真中频VGA AD8375 的电路中的噪声。信号链包括一个VGA(在+6 dB增益设置下使用)、一个五阶巴特沃兹低通滤波器(–3 dB滚降频率为100 MHz)和ADC。本文将给出和滤波器的噪声计算,因为这些噪声决定ADC在目标频段内的动态性能。

问题

许多采用高速ADC的实际应用都需要某种或增益模块,用以将输入信号缩放到满量程模拟输入范围1,确保获得最佳 信噪比 (SNR)和无杂散动态范围(SFDR)。此外,差分也可以将单端信号转换为差分信号来驱动ADC。这些器件都是有源器件,因而会增加ADC前端的噪声。此噪声在工作带宽内的积分会降低转换性能。模拟输入范围

输入频率/带宽

所需分辨率/SNR

所需SFDR

某些应用同时要求高动态范围和高分辨率。AD9268在70 MHz中频提供78.2 dBFS(dB相对于满量程)的SNR和88 dBc的SFDR,非常适合此类应用。

在系统层面,ADC前端可以使用、变压器或巴伦,但使用的实现方案最为常见。使用的原因可以是下面的一条或几条:

为输入信号提供增益以提高ADC分辨率。

缓冲或变换输入源与ADC之间的阻抗。

将单端输入信号转换为差分输出信号。

AD8375 VGA可以用来将单端信号转换为差分信号,同时它能在不同增益设置下保持高线性度和一致的噪声性能。这些特性使它成为在较高中频下驱动ADC的上好选择。糟糕的是,信号链中的有源器件(即),可能会限制ADC的性能。

示例

图1给出了噪声计算所用的电路拓扑结构。AD8375具有高阻抗差分输出(16 kΩ||0.8 pF)。通过一个五阶低通抗混叠滤波器(AAF)与ADC接口,该AAF具有100 MHz带宽和150 Ω输入/输出阻抗。图1所示电路的频率响应如图2所示。

图1. AD8375、AAF和AD9268信号链

图2. AD8375、AAF和AD9268信号链的频率响应

性能

系统设计师不会期望驱动ADC输入端的降低系统的总体动态性能,但针对某一应用选择的和ADC组合,并不意味着它能在另一应用中提供同样出色的性能。利用本文所述技术,系统工程师可以在选择之前估计预期的性能。

图3显示了两种不同的设置。图3(a)利用无源耦合连接转换器,是客户评估板的默认选项。无源前端网络利用变压器或巴伦,以及一个滚降频率约为200 MHz的无源低通滤波器,将单端信号转换为差分信号。图3(b)显示的可选路径。这两种设置贡献的噪声比较如下。利用低中频(10 MHz)时的单音快速傅里叶变换(FFT)来计算增加的噪声。

图3. 典型ADC前端:(a) 无源;(b) 有源

噪声分析通常使用两种技术,但每种技术都很麻烦。噪声谱密度(NSD)定义单位带宽的噪声功率。对于ADC,其单位为均方dBm/Hz或dBFS/Hz;对于,其单位为均方根nV/√Hz。用驱动ADC时,这种单位的不一致性构成系统噪声计算的障碍。

噪声系数(NF)是输入SNR与输出SNR的对数比,用dB表示。这一特性通常为RF工程师所用,在纯RF环境下很有意义,但在带ADC的信号链中使用NF计算,可能会导致令人误解的结果。

另一种更有效的技术是对噪声密度进行“反归一化”处理,将其表示为均方根噪声电压,而不是均方电压。这种方法直截了当,能够对系统噪声进行清晰的分析,下面将予以说明。

图4和图5分别显示这两个前端的低频单音FFT。注意,无源前端的SNR为77.7-dBFS,而有源前端的SNR为72.5-dBFS,比ADC的预期性能低5.2 dBFS。

图4. 图3a电路10 MHz模拟输入音的FFT

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关键词: 放大器 驱动器 ADC

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