采用高輸入頻率、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的系統(tǒng)設計是一項具挑戰(zhàn)性的任務。ADC輸入接口設計有6個主要條件：輸入阻抗、輸入驅(qū)動、帶寬、通帶平坦度、噪聲和失真。看看這里羅列的這六個條件，你都了解嗎？

 

 

輸入阻抗

 

輸入阻抗是設計的特征阻抗。ADC的內(nèi)部輸入阻抗取決于ADC架構(gòu)的類型，ADC供應商會在數(shù)據(jù)手冊或產(chǎn)品頁面上提供這一數(shù)據(jù)。電壓駐波比(VWSR)與輸入阻抗密切相關，衡量目標帶寬內(nèi)反射到負載中的功率量。該參數(shù)設置實現(xiàn)ADC滿量程輸入所需的輸入驅(qū)動電平，因此很重要。當源阻抗與負載阻抗相等時，發(fā)生最大功率傳輸。

圖1所示的例子為利用網(wǎng)絡分析儀測得的一個前端網(wǎng)絡的輸入阻抗和VSWR曲線。輸入阻抗是設計的特征阻抗。大多數(shù)情況下，它是50Ω，但特定設計可能需要不同的阻抗。

 

VSWR是一個無量綱參數(shù)，反映的是在目標帶寬內(nèi)，有多少功率被反射到負載中。該參數(shù)設置實現(xiàn)ADC滿量程輸入所需的輸入驅(qū)動電平，因此很重要。注意，頻率越高，則將ADC輸入驅(qū)動至滿量程所需的驅(qū)動功率或增益越大。

 

輸入驅(qū)動

 

輸入驅(qū)動與帶寬特性相關，可設置特定應用所需的系統(tǒng)增益。輸入驅(qū)動電平應在前端設計開始之前確定，取決于所選的前端器件，如濾波器、變壓器和放大器等。

 

帶寬和通帶平坦度

 

帶寬是系統(tǒng)要使用的頻率范圍。通帶平坦度是指定帶寬內(nèi)的波動量；引起波動的原因可能是紋波效應，或者是巴特沃茲濾波器的慢速滾降特性。通帶平坦度通常小于1 dB，對于設置整體系統(tǒng)增益至關重要。

 

噪聲

 

信噪比(SNR)和失真要求對ADC的選擇有幫助，因而一般在設計早期確定。轉(zhuǎn)換器看到的噪聲量與其自己的噪聲量之比即為SNR。SNR與帶寬、信號質(zhì)量(抖動)和增益相關。提高增益也會提高與之相關的噪聲成分。

 

失真

 

失真由無雜散動態(tài)范圍(SFDR)來衡量，SFDR指rms滿量程與峰值雜散頻譜成分的rms值之比。SFDR主要受兩個因素的控制。第一個因素是前端平衡質(zhì)量的線性度，它主要與二次諧波失真有關。第二個因素是所需的增益和輸入匹配。較高的增益要求會提高匹配難度。此外，高增益要求會壓縮ADC內(nèi)部器件的裕量，從而提高非線性度，而且由于有更多功率經(jīng)過外部無源器件，它們的非線性度也會提高。這種效應一般被視為三次諧波。

 

圖2. 理想12位ADC的噪底，使用4096點FFT

 

圖2顯示了一個理想12位 ADC 的 4096 點 FFT 的輸出以及一些基本運算。理論SNR為74 dB。噪聲分布在整個奈奎斯特帶寬。FFT會增加處理增益，因為它處理的是小“倉”，小倉的寬度等于采樣頻率除以FFT點數(shù)。對于 4096 點 FFT，處理增益為33 dB。這就像使模擬頻譜分析儀的帶寬變窄一樣。實際FFT噪底等于SNR加上處理增益，如圖2所示。

 

上述條件下的FFT噪底等于74 + 33 = 107 dBFS。在某些系統(tǒng)中，會對多個獨立FFT的結(jié)果求平均值，這不會降低FFT噪底，只是減小噪聲成分的幅度變化。