濾波器。這會(huì)大大增加陷波濾波器處的接地電流，該電流可能會(huì)進(jìn)入模擬輸入端。要解決這一問題，只需在測(cè)試頻率造成測(cè)量困難時(shí)換入新的LC值。這里還應(yīng)注意，LC網(wǎng)絡(luò)在直流條件下也會(huì)發(fā)生損耗。記住要在ADC的電源引腳上測(cè)量直流電源，以便補(bǔ)償該損耗。例如，5 V電源經(jīng)過LC網(wǎng)絡(luò)后，系統(tǒng)板上可能只有4.8 V。要補(bǔ)償該損耗，只需升高電源電壓即可。
PSMR的測(cè)量方式基本上與PSRR相同。不過在測(cè)量PSMR時(shí)，需將一個(gè)模擬輸入頻率施加于測(cè)試設(shè)置，如圖7所示。另一個(gè)區(qū)別是僅在低頻施加調(diào)制或誤差信號(hào)，目的是查看此信號(hào)與施加于轉(zhuǎn)換器的模擬輸入頻率的混頻效應(yīng)。對(duì)于這種測(cè)試，通常使用1 kHz至100 kHz頻率。只要能在基頻周圍看到誤差信號(hào)即混頻結(jié)果，則說明誤差信號(hào)的幅度可以保持相對(duì)恒定。但也不妨改變所施加的調(diào)制誤差信號(hào)幅度，以便進(jìn)行檢查，確保此值恒定。為了獲得最終結(jié)果，最高（最差）調(diào)制雜散相對(duì)于基頻的幅度之差將決定PSMR規(guī)格。圖8所示為實(shí)測(cè)PSMR FFT頻譜的示例。
電源噪聲分析
對(duì)于轉(zhuǎn)換器和最終的系統(tǒng)而言，必須確保任意給定輸入上的噪聲不會(huì)影響性能。前面已經(jīng)介紹了PSRR和PSMR及其重要意義，下面將通過一個(gè)示例說明如何應(yīng)用所測(cè)得的數(shù)值。該示例將有助于設(shè)計(jì)人員明白，為了了解電源噪聲并滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，應(yīng)當(dāng)注意哪些方面以及如何正確設(shè)計(jì)。
首先，選擇轉(zhuǎn)換器，然后選擇調(diào)節(jié)器、LDO、開關(guān)調(diào)節(jié)器等。并非所有調(diào)節(jié)器都適用。應(yīng)當(dāng)查看調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)手冊(cè)中的噪聲和紋波指標(biāo)，以及開關(guān)頻率（如果使用開關(guān)調(diào)節(jié)器）。典型調(diào)節(jié)器在100 kHz帶寬內(nèi)可能具有10 μV rms噪聲。假設(shè)該噪聲為白噪聲，則它在目標(biāo)頻段內(nèi)相當(dāng)于31.6 nV rms/√Hz的噪聲密度。
接著檢查轉(zhuǎn)換器的電源抑制指標(biāo)，了解轉(zhuǎn)換器的性能何時(shí)會(huì)因?yàn)殡娫丛肼暥陆怠Ｔ诘谝荒慰固貐^(qū)fS/2，大多數(shù)高速轉(zhuǎn)換器的PSRR典型值為60 dB （1 mV/V）。如果數(shù)據(jù)手冊(cè)未給出該值，請(qǐng)按照前述方法進(jìn)行測(cè)量，或者詢問廠家。使用一個(gè)2 V p-p滿量程輸入范圍、78 dB SNR和125 MSPS采樣速率的16位ADC，其噪底為11.26 nV rms。任何來源的噪
聲都必須低于此值，以防其影響轉(zhuǎn)換器。在第一奈奎斯特區(qū)，轉(zhuǎn)換器噪聲將是89.02 μV rms （11.26 nV rms/√Hz） × √（125 MHz/2）。雖然調(diào)節(jié)器的噪聲（31.6 nv/√Hz）是轉(zhuǎn)換器的兩倍以上，但轉(zhuǎn)換器有60 dB的PSRR，它會(huì)將開關(guān)調(diào)節(jié)器的噪聲抑制到31.6 pV/√Hz （31.6 nV/√Hz × 1 mV/V）。這一噪聲比轉(zhuǎn)換器的噪底小得多，因此調(diào)節(jié)器的噪聲不會(huì)降低轉(zhuǎn)換器的性能。
電源濾波、接地和布局同樣重要。在ADC電源引腳上增加0.1 μF電容可使噪聲低于前述計(jì)算值。請(qǐng)記住，某些電源引腳吸取的電流較多，或者比其他電源引腳更敏感。因此應(yīng)當(dāng)慎用去耦電容，但要注意某些電源引腳可能需要額外的去耦電容。在電源輸出端增加一個(gè)簡(jiǎn)單的LC濾波器也有助于降低噪聲。不過，當(dāng)使用開關(guān)調(diào)節(jié)器時(shí)，級(jí)聯(lián)濾波器能將噪聲抑制到更低水平。需要記住的是，每增加一級(jí)增益就會(huì)每10倍頻程增加大約20 dB。
最后需要注意的一點(diǎn)是，這種分析僅針對(duì)單個(gè)轉(zhuǎn)換器而言。如果系統(tǒng)涉及到多個(gè)轉(zhuǎn)換器或通道，噪聲分析將有所不同。例如，超聲系統(tǒng)采用許多ADC通道，這些通道以數(shù)字方式求和來提高動(dòng)態(tài)范圍。基本而言，通道數(shù)量每增加一倍，轉(zhuǎn)換器/系統(tǒng)的噪底就會(huì)降低3 dB。對(duì)于上例，如果使用兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的噪底將變?yōu)橐话耄?3 dB）；如果使用四個(gè)轉(zhuǎn)器，噪底將變?yōu)?6 dB。之所以如此，是因?yàn)槊總€(gè)轉(zhuǎn)換器可以當(dāng)作不相關(guān)的噪聲源來對(duì)待。不相關(guān)噪聲源彼此之間是獨(dú)立的，因此可以進(jìn)行RSS（平方和的平方根）計(jì)算。最終，隨著通道數(shù)量增加，系統(tǒng)的噪底降低，系統(tǒng)將變得更敏感，對(duì)電源的設(shè)計(jì)約束條件也更嚴(yán)格。
結(jié)論
要想消除應(yīng)用中的所有電源噪聲是不可能的。任何系統(tǒng)都不可能完全不受電源噪聲的影響。因此，作為ADC的用戶，設(shè)計(jì)人員必須在電源設(shè)計(jì)和布局布線階段就做好積極應(yīng)對(duì)。下面是一些有用的提示，可幫助設(shè)計(jì)人員最大程度地提高PCB對(duì)電源變化的抗擾度：
? 對(duì)到達(dá)系統(tǒng)板的所有電源軌和總線電壓去耦。
? 記住：每增加一級(jí)增益就會(huì)每10倍頻程增加大約20 dB。
? 如果電源引線較長(zhǎng)并為特定IC、器件和/或區(qū)域供電，則應(yīng)再次去耦。
? 對(duì)高頻和低頻都要去耦。
? 去耦電容接地前的電源入口點(diǎn)常常使用串聯(lián)鐵氧體磁珠。對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)板的每個(gè)電源電壓都要這樣做，無論它是來自LDO還是來自開關(guān)調(diào)節(jié)器。
? 對(duì)于加入的電容，應(yīng)使用緊密疊置的電源和接地層（間距≤4密爾），從而使PCB設(shè)計(jì)本身具備高頻去耦能力。
? 同任何良好的電路板布局一樣，電源應(yīng)遠(yuǎn)離敏感的模擬電路，如ADC的前端級(jí)和時(shí)鐘電路等。
? 良好的電路分割至關(guān)重要，可以將一些元件放在PCB的背面以增強(qiáng)隔離。
? 注意接地返回路徑，特別是數(shù)字側(cè)，確保數(shù)字瞬變不會(huì)返回到電路板的模擬部分。某些情況下，分離接地層也可能有用。
? 將模擬和數(shù)字參考元件保持在各自的層面上。這一常規(guī)做法可增強(qiáng)對(duì)噪聲和耦合交互作用的隔離。
? 遵循IC制造商的建議；如果應(yīng)用筆記或數(shù)據(jù)手冊(cè)沒有直接說明，則應(yīng)研究評(píng)估板。這些都是非常好的起步工具。
這篇技術(shù)文章旨在清楚說明高速轉(zhuǎn)換器的電源敏感問題，以及它為何對(duì)用戶的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍如此重要。為使系統(tǒng)板上的ADC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)手冊(cè)所述的性能規(guī)格，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)了解所需的布局布線技術(shù)和硬件。
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