ADC是一個敏感器件,要好好對待它的各個輸入端口,才能得到它本身的性能。
常規的,我們會在輸入端加入抗混疊濾波器,時鐘端使用抖動極低的時鐘芯片的輸出,那電源輸入端呢?
在選用電源時,市面上有這么多LDO或者DC-DC,我們到底應該選擇性能何樣的,才能挖掘出ADC的本身性能呢。
為什么要好好考慮電源呢?
理想的電源就是一個直流信號,但是現實中,會有交流噪聲疊加在上面,這些噪聲就會影響ADC的性能。
ADC的PSSR和PSMR
ADC的PSSR大體的意思就是,假設有一個噪聲信號疊加在DC上,然后測試ADC的輸出,看該噪聲信號在FFT頻譜上的幅度,即體現ADC對電源噪聲本身的衰減。
ADC的PSMR,大體的意思是,假設有一個噪聲信號疊加在DC上,該噪聲信號會與模擬信號輸入產生調制信號,看該調制信號在FFT頻譜上的幅度。
簡單來說,就是假設疊加在DC的噪聲信號為1MHz,模擬輸入信號為100MHz,而PSSR關注的是ADC輸出端1MHz的幅度,而PSMR關注的則是ADC輸出端101/99MHz等的幅度。
如何測試ADC的PSSR呢?
如上所述,ADC的PSSR即使ADC對電源上疊加的噪聲的衰減。所以,我們可以按下面方式進行ADC的PSSR指標的測試:
(1)用信號源產生一頻率為f的正弦信號,并將其疊加到直流電源上。
(2)用疊加了交流信號的直流電給ADC供電,同時將ADC的模擬輸入端接地。
(3)計算ADC的輸出頻譜,看其頻譜上在f處的雜散電平。
(4)遍歷信號源的頻率,可以測出ADC的PSSR與雜散頻率的關系。
廠家ADC的手冊上,有時候會提供PSSR指標,比如60dB就是一個比較常規的值;有時候則沒有提到這個指標。這個時候該怎么辦呢?
(1) 向ADC的供應商要。要是有原廠FAE直接對接的話,那是很幸福。如果沒有的話,可以去廠家官網上的論壇上去留言,碰碰運氣,看看會不會有原廠技術人員回答你的問題。我在TI的網站上提了幾個問題,感覺技術人員都回答的很及時。不知道是不是負責該版塊的技術人員正好特別盡責。
(2) 自己測試PSSR
(3) 如果對成本不敏感的話,可以選擇好的LDO,再多加電容濾波。
如何測試ADC的PSMR呢?
步驟:
見上面測試ADC的PSSR步驟。
區別在于:
(1)因為是要測試調制信號,所以產生噪聲信號的信號源的輸出頻率一般會設置的比較低,比如1KHz~100KHz。
(2)ADC的模擬輸入端也要有信號輸入。
電源噪聲對ADC性能的影響
有了PSSR和PSMR的數據,就要聊聊怎么將這些數據應用到設計中了。即如何選擇電源芯片,以確保能達到ADC需要的要求。
大概步驟如下:
(1)看電源芯片的手冊,查看其輸出噪聲指標,如果用DC-DC的話,還要看其
開關頻率。
(2)看ADC手冊上給出的PSSR值。
(3)用文中提供的excel文件進行計算.
結合excel文件,解釋電源的選擇
理想ADC
(1)假設ADC的滿幅輸入是2Vpp,采樣頻率為125MSPS,位數為16bit,在藍色域輸入對應數字,即可計算出理想ADC的信噪比為98dB,噪聲底噪為1.1157nVrms/√Hz。
(2)假設選擇了一LDO,其在10Hz~100KHz的帶寬內,輸出總噪聲為4uVrms,即對應12.65nVrms/√Hz。
(3)如果不考慮ADC的PSSR,則算出ADC最終能輸出的信噪比為76.95dB
(4)假設ADC的PSSR為60dB,則算出ADC最終能輸出的信噪比為98.07dB.
實際ADC
(1)假設ADC的滿幅輸入是2Vpp,采樣頻率為125MSPS,位數為16bit,實際SNR為78dB,在藍色域輸入對應數字,即可計算出噪聲底噪為11.26nVrms/√Hz。
(2)假設選擇了一LDO,其在10Hz~100KHz的帶寬內,輸出總噪聲為4uVrms,即對應12.65nVrms/√Hz。
(3)如果不考慮ADC的PSSR,則算出ADC最終能輸出的信噪比為74.45dB,惡化了約3.55dB.
(4)假設ADC的PSSR為60dB,則算出ADC最終能輸出的信噪比為77.99999452dB,基本沒惡化.
所以,只有在文件中輸入相應數據,你就可以計算出你應該選擇輸出噪聲為多少的LDO。當然如果你在LDO的輸出端用了濾波措施,在ADC電源供電端加了去耦電容,那對LDO的噪聲要求會降低。