由開關電源驅動的高速ADC設計

　　圖6：500kHz偏置突波65k點FFT圖。

　　RC緩沖器

　　降壓穩壓器輸出能夠以相當高的開關速度對非常大的電壓實施開關作業。本文中，將TPS5420的輸入電壓軌設定為10V，我們可在輸出端觀測到許多過衝和振鈴，如圖7a所示。為了吸收一些電源電路電抗能量，我們將RC緩衝電路添加到了TPS5420的輸出（請參見圖7b）。該電路提供了一個高頻接地通路，其對過衝起到了一些阻滯作用。圖7a顯示RC緩衝器降低過衝約50%，并且幾乎完全消除了振鈴。我選用了R=2.2Ω和C=470pF的元件值。穩壓器的開關頻率範圍可以為500kHz到約6MHz，具體取決于製造廠商，因此可能需要我們對R和C值進行調節。這種解決方案的代價是帶來一些額外的分流電阻AC功耗（儘管電阻非常小），其降低穩壓器總功效不足1%。

　　圖7：TPS5420交換式穩壓器。

　　我們將10MHz輸入訊號標準化FFT圖繪製出來，以對比‘實驗1’到‘實驗4’（請參見圖8）。TPS5420的突波在約500kHz偏置時清晰可見。緩衝器降低突波振幅約3dB，而低雜訊LDO則完全消除了突波。需要注意的是，RC緩衝器（無LDO）的突波振幅約為-112dBc，遠低于ADS5483平均突波振幅，因此SFDR性能并未降低。

　　圖8：‘實驗1’到‘實驗4’的標準FFT圖。

　　在‘實驗 5‘中，我們將一個8Ω功率電阻添加到5-VVDDA電壓軌，旨在模擬電源的重負載。標準化FFT圖（請參見圖9）并未顯示出很多不同。去除RC緩衝器以后，突波增加約4.5dB；其仍然遠低于平均突波振幅。

　　圖9：添加 8Ω負載的標準化FFT圖。　　采用CMOS技術的ADC

　　當關注如何在保持較佳的SNR和SFDR性能的同時也盡可能地降低功耗時，我們一般利用CMOS技術來開發高速資料轉換器。但是，CMOS轉換器的PSRR一般并不如BiCOM ADC的好。ADS6148產品說明書列出了25dB的PSRR，而在類比輸入電源軌上ADS5483的PSRR則為60dB。

　　ADS6148EVM使用一種板上電源，其由一個交換式穩壓器（TPS5420）和一個低雜訊、5V輸出LDO（TPS79501）組成，后面是一些3.3V和1.8V電源軌的低雜訊LDO（請參見圖10）。與使用ADS5483EVM的5個實驗類似，我們使用ADS6148EVM進行了下面另外5個實驗，其注意力只集中在3.3VVDDA電壓軌的雜訊上面。1.8VDVDD電壓軌外置TPS5420實驗顯示對SNR和SFDR性能沒有什么大的影響。

　　圖10：使用ADS6148EVM的5個實驗電源結構。

　　實驗6

　　將一個5V實驗室電源連接到兩個低雜訊LDO（一個使用3.3V輸出，另一個使用1.8V輸出）的輸入。LDO并未對實驗室電源帶來任何有影響的雜訊。

　　實驗7

　　將一個10V實驗室電源連接到TPS5420降壓穩壓器，其與一個5.3V輸出連接，像‘實驗2’連接ADS5483一樣。TPS79501產生了一個過濾后的5.0V電壓軌，對于3.3V輸出和1.8V輸出LDO提供輸入，如圖10所示。

　　實驗8

　　所有3.3VVDDA電壓軌LDO均被加以旁路。TPS5420配置為一個3.3V輸出，該輸出直接連接到3.3VVDDA電壓軌。TPS79601產生1.8VDVDD電壓軌，并透過一個外部5V實驗室電源供電。

　　實驗9

　　該實驗配置方法與‘實驗8’相同，但去除了TPS5420輸出的RC緩衝器電路。

　　實驗10

　　一個4Ω功率電阻連接到TPS5420的3.3V輸出。這樣做可大幅增加TPS5420的輸出電流，因而類比一個附加負載。另外，像‘實驗5’的ADS5483一樣，它帶來了更高的開關突波和更多的振鈴。

　　圖11顯示了‘實驗7’、‘實驗8’和‘實驗9’產生的一些3.3VVDDA 輸出波形。有或無LDO的峰值電壓振幅存在一些差異，但RC緩衝器可降低60%的峰值雜訊。

　　圖11：鐵氧體磁珠后測得3.3VVDDA 電壓軌實驗示波器截圖對比。

　　測量結果

　　利用輸入訊號頻率掃描，透過比較‘實驗6’到‘實驗10’，我們可以研究ADS6148對電源雜訊的感應性。先使用135MSPS然后使用210MSPS的採樣速率（fs）對叁個ADS6148EVM進行數次實驗。我們并未探測到較大的性能差異。

　　使用135MSPS採樣速率，SNR和SFDR的頻率掃描如圖12所示。高達300MHz輸入頻率下SNR的最大變化為0.1到0.2dB。但是，一旦移除了RC緩衝器電路，雜訊便極大增加，因而降低SNR約0.5到1dB。

　　圖12b顯示了5次ADS6148實驗輸入頻率的SFDR變化。我們并未觀測到較大的性能降低。