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[资料分享] 开关电源(DC/DC转换器)降低ADC性能

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一粒金砂(高级)

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发表于 2017-6-18 22:53 | 显示全部楼层 |阅读模式

     一般认为开关电源会降低ADC的性能,因此通常愿意选用低压差(LDO)线性稳压器,而不使用开关稳压器,但这种认识并非完全正确。LDO具有较低的纹波和噪声指标,但最近的研究表明,高效的开关稳压器也可用于一些转换器设计中,前提是设计师对电路拓扑有很好的理解,运用一些实用技巧,同时采取一些必要的防范措施。

     首先是选择转换器,然后选择正确的开关稳压器,并不是任何开关稳压器都可以使用。从数据手册上查阅开关稳压器的噪声和纹波指标,以及开关频率。典型的开关稳压器在100kHz带宽范围内大概有10μV rms的噪声。假设它们都是白噪声,那么有关频带内的噪声密度相当于31.6 nVrms/rt-Hz。

     其次,要查阅转换器的电源抑制(PSR)指标,以了解由于电源噪声引起的转换器性能下降的关键点。大多数高速转换器在第一奈奎斯特区内的PSR典型值为60dB(1mV/V)。

     在使用具有2Vpp满量程输入范围、78dB信噪比和125 MSPS采样速率的16位ADC时,本底噪声为11.26 nVrms。不管噪声源自何处,都必须低于这个值,这样才能不影响转换器的性能。在第一奈奎斯特区fs/2,转换器噪声等于89.02μVrms(11.26 nVrms/rt-Hz)×sqrt(125 MHz/2)。虽然开关稳压器的噪声(31.6 nv/rt-Hz)高过这个转换器噪声的两倍,但注意转换器还有60dB的PSRR,它能将开关稳压器的噪声抑制到31.6 pV/rt-Hz (31.6 nV/rt-Hz × 1 mV/V)。这个噪声比转换器的本底噪声要小得多,因此开关稳压器的噪声不会降低转换器性能。

     另外,电源滤波、接地和布线也很重要。在ADC电源引脚处增加0.1 μF电容,可以使噪声降低到比上面的计算结果还要小。在电源输出端增加一个简单的LC滤波器也可行,但级联的滤波器能将开关稳压器噪声抑制得更多。众所周知,滤波器每增加一级就能获得约20dB/10倍频程的噪声抑制效果。紧密叠层的电源和地平面(间距<4mil)可以为PCB设计增加固有的高频去耦效果。最后,良好的物理划分是关键,尽量使敏感的模拟电路远离开关电路。




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