采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的系統(tǒng)設(shè)計非常困難，對于輸入有兩類ADC架構(gòu)可供選擇：緩沖型和無緩沖型。 緩沖和無緩沖架構(gòu)的特征 緩沖架構(gòu)的基本特征 * 高線性度緩沖器，但需要更高的功率； * 更易設(shè)計輸入網(wǎng)絡(luò)與高阻抗緩沖器接口，因為它提供固定的輸入端接電阻； * 緩沖器提供采樣電容與輸入網(wǎng)絡(luò)之間的隔離，電荷注入瞬變更小。 無緩沖架構(gòu)的基本特征 * 輸入阻抗由開關(guān)電容設(shè)計設(shè)置； * 功耗較低； * 輸入阻抗隨時間變化(采樣時鐘-采樣保持器)； * 來自采樣電容的電荷注入反射回輸入網(wǎng)絡(luò)。 無緩沖ADC 開關(guān)電容ADC(見圖1)就是一類無緩沖ADC。無緩沖ADC的功耗通常遠低于緩沖ADC，因為前者的外部前端設(shè)計直接連到ADC的內(nèi)部采樣保持(SHA)網(wǎng)絡(luò)。 圖1. 開關(guān)電容ADC 這種方法有兩個缺點 輸入阻抗隨著時間和模式而變化； 第二是電荷注入會反射回ADC的模擬輸入端，可能導(dǎo)致濾波器建立問題。 當(dāng)模擬輸入頻率改變，以及SHA從采樣模式變?yōu)楸３帜Ｊ綍r，無緩沖ADC的輸入阻抗也會變化。必須使輸入與ADC采樣模式匹配，如圖2所示。 圖2. 輸入阻抗與模式和頻率的關(guān)系 在基帶范圍的較低頻率時，輸入阻抗的實部(藍線)在數(shù)千歐范圍內(nèi)，在200 MHz以上時則滾降到2 kΩ。輸入阻抗的虛部或容性部分(紅線)也是如此，低頻時的容性負載相當(dāng)高，高頻時逐漸變小到2 pF。這使得輸入結(jié)構(gòu)的設(shè)計更加困難，特別是當(dāng)頻率高于100 MHz時。 ADC如何能采樣一個壞信號(如圖3所示)并實現(xiàn)良好的性能？ 圖3. 典型單端輸入瞬變 查看圖4所示的差分ADC輸入，輸入信號干凈得多。壞信號毛刺已消失。共模抑制是差分信號的固有特性，它能消除任何噪聲，無論是來自電源、數(shù)字注入還是電荷注入。查看無緩沖ADC毛刺的另一種方法是在時域中，利用頻譜分析儀測量返回模擬輸入的噪聲。下圖顯示了開關(guān)電容ADC結(jié)構(gòu)對模擬輸入的影響。 圖4. 典型差分輸入瞬變圖5. 頻譜分析儀在模擬輸入端的測量(未應(yīng)用輸入匹配) 圖5顯示時鐘的諧波、噪聲和其它雜散成分在3 GHz以上的頻譜中饋通。匹配ADC輸入以降低時鐘饋通一般可將大部分諧波抑制10dB 以上。 圖6. 頻譜分析儀在模擬輸入端的測量(應(yīng)用 輸入匹配，采用低Q電感或鐵氧體磁珠) 圖6中，通過在模擬輸入的每一側(cè)串聯(lián)一個低Q電感或鐵氧體磁珠，實現(xiàn)了輸入匹配。這是降低進入模擬輸入端的噪聲量的一種方法，需要時可采用。 緩沖ADC 緩沖輸入ADC(見圖7)更易于使用，因為輸入阻抗是固定值。隔離緩沖器抑制了電荷注入尖峰，因而開關(guān)瞬變顯著降低。緩沖器由內(nèi)部雙極結(jié)晶體管級組成，具有固定的輸入端接電阻。 圖7. 緩沖輸入ADC 與開關(guān)電容ADC不同，此端接電阻不隨模擬輸入頻率而變化，因此驅(qū)動電路的選擇得以簡化。緩沖輸入級的缺點是ADC的功耗較高。然而，由于它經(jīng)過專門設(shè)計，具有非常好的線性度和低噪聲特性，因此在ADC的全部額定帶寬內(nèi)，輸入阻抗都是恒定的。 設(shè)計抗混疊濾波器(AAF)時應(yīng)當(dāng)注意，過多的元件可能會導(dǎo)致容差不匹配，進而產(chǎn)生偶數(shù)階失真。電感并非特性相同，不同電感的響應(yīng)可能大不相同。廉價、低質(zhì)量的電感一般表現(xiàn)不佳。此外，有時很難在電感上實現(xiàn)良好的焊接連接，這就會引起失真。務(wù)必將AAF的阻帶區(qū)間規(guī)定為平坦的，因為寬帶噪聲仍有可能折回帶內(nèi)(見圖8)。 圖8. 抗混疊濾波器 多數(shù)轉(zhuǎn)換器具有很寬的模擬輸入帶寬。如果不使用AAF，混疊會降低動態(tài)范圍。AAF應(yīng)按照等于或略大于目標信號帶寬的要求進行設(shè)計。濾波器的階數(shù)和類型取決于所需的阻帶抑制和通帶紋波。AAF在ADC的整個帶寬內(nèi)應(yīng)具有充分的阻帶抑制性能。 圖9. AAF響應(yīng)與ADC帶寬響應(yīng) 圖9說明了阻帶抑制在AAF設(shè)計中的重要性。注意，轉(zhuǎn)換器帶寬(紅色曲線所示)遠大于要采樣的頻帶。因此，噪聲和雜散可能會折回要采樣的帶內(nèi)頻率中。注意淡藍曲線和粉紅曲線，其中濾波器響應(yīng)出現(xiàn)在阻帶抑制區(qū)間。還應(yīng)注意深綠或橙色曲線，阻帶抑制保持恒定。 (mbbeetchina)