鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量：0次 | 2020年03月03日
ADC電源抑制中如何計(jì)算允許的電源紋波
在這篇博文中，我們將完成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）表征，解釋結(jié)果，并深入了解元件選擇，以了解電源規(guī)格權(quán)衡與ADC性能的關(guān)系。
讓我們首先看一下ADCpSRR特性。為了保持連續(xù)性，我們將使用ADC3444作為示例。該ADC3444是一款四通道，14位，125MSpS流水線ADC。使用“在ADC中測(cè)量pSRR”中開(kāi)發(fā)的方法，我們創(chuàng)建了這些pSRR圖：
模擬VDD（AVDD）pSRR在DC和基波與頻率之間。AVDDpSRR與基波輸入功率。數(shù)字VDD（DVDD）pSRR與頻率的關(guān)系。作為前面討論的提示，插入ADC模擬電源（AVDD）的頻率f0的AC信號(hào)產(chǎn)生三個(gè)雜散：一個(gè)在DC處于f0處，兩個(gè)在單個(gè)音調(diào)附近，頻率為f±f0。ADC（DVDD）的數(shù)字電源上的相同AC信號(hào)為f0。見(jiàn)圖1。
圖1：由ADC電源上的AC信號(hào)引起的雜散位置
該ADC3444AVDD和DVDD提供完整的pSRR特性，如下圖所示。請(qǐng)注意，每個(gè)ADC的本地旁路都已到位，每個(gè)AVDD電源引腳上的電流為0.1μF，每個(gè)DVDD電源引腳上的電流為0.22μF，AVDD上的總電流為1.3μF，DVDD上的電流為0.88μF。圖2是測(cè)試配置框圖。
圖2：（a）AVDD測(cè)試電路配置;（b）DVDD測(cè)試電路配置
圖3顯示了-2dBFS時(shí)基波的pSRR與頻率的關(guān)系。兩個(gè)結(jié)論突然出現(xiàn)在你面前：
基波周圍的兩個(gè)雜散的pSRR比DC的pSRR差20dB。兩種pSRR均為~200kHz，并且實(shí)際上正在改善。圍繞基本面的惡化的pSRR可能表明對(duì)基本幅度的依賴性。因此，我用500kHzADC電源AC信號(hào)（干擾信號(hào)）測(cè)量了pSRR與幅度基波。
pSRR與頻率的改善不是由ADCpSRR引起的，而是由旁路電容衰減的干擾信號(hào)引起的。
圖3：AVDDpSRR與頻率的關(guān)系
為了驗(yàn)證AVDD電源的pSRR是否依賴于基波，測(cè)量了圖4。它顯示了帶有基波的雜散的dB/dB依賴性。換句話說(shuō)，干擾源存在于基波周圍，具有設(shè)定的dBc（低于載波的dB）響應(yīng)。在DC，干擾源對(duì)于ADC的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的任何信號(hào)保持恒定。
圖4：AVDDpSRR與模擬輸入功率的關(guān)系
我對(duì)ADC的數(shù)字電源采用了相同的方法，如圖5和圖6所示。正如預(yù)期的那樣，數(shù)字電源pSRR比模擬電源的pSRR要好一個(gè)數(shù)量級(jí)，即20dB。還可以感覺(jué)到旁路電容的存在，但超過(guò)300kHz，但不會(huì)像模擬電源一樣長(zhǎng)。也沒(méi)有依賴于基波的幅度。
圖5：DVDDpSRR與頻率的關(guān)系
圖6：DVDDpSRR與輸入功率的關(guān)系
這是一項(xiàng)有趣的練習(xí)，但我們可以從結(jié)果中得出什么結(jié)論呢？
第一個(gè)結(jié)論是ADC3444中使用的架構(gòu)對(duì)模擬電源最敏感。請(qǐng)記住，上述結(jié)果是典型的，應(yīng)添加保護(hù)帶。由于28dB是-2dBFS時(shí)的最差結(jié)果，pSRR降低了dB/dB，因此全擺幅0dBFS將具有26dB的pSRR。考慮到過(guò)熱和過(guò)載變化至少10dB的保護(hù)帶，使ADC3444AVDD的最小pSRR為16dB。10dB保護(hù)帶是一種估計(jì)值，需要額外的特性以確保足夠的性能水平。
使用與“在ADC中測(cè)量pSRR”中相同的等式，參見(jiàn)下面的等式1和2?，F(xiàn)在可以估計(jì)DC/DC轉(zhuǎn)換器中存在的最大允許紋波，現(xiàn)在考慮到ADC直接由包含紋波的電源供電。
圖7：非理想AVDD電源的電路配置
系統(tǒng)設(shè)計(jì)公差將揭示維持所需性能的最大可接受刺激。我們?cè)谶@里考慮最差的雜散不能超過(guò)-95dBFS。這意味著使用16dB最壞情況pSRR并使用下面的等式1和2，我們可以確定最大允許電源紋波。
（ADCpSRR衰減后允許的最大紋波幅度）
這導(dǎo)致我們：
這是AVDD電源引腳上可能出現(xiàn)的最大紋波。
我們可以通過(guò)以下方式放寬這一嚴(yán)格要求：
減少pSRR上的保護(hù)頻帶。不在完全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)運(yùn)行ADC。允許FTT中的雜散大于-95dBFS。DVDD電源pSRR將具有圖8所示的測(cè)試配置。
圖8：非理想AVDD電源的電路配置
DVDD最差為62dB。在這個(gè)典型值上保持10dB的余量，我們可以計(jì)算出DVDD電源引腳上的最差干擾，以確保FFT中的-95dBFS性能為14.17mVpp。
這些計(jì)算提供了ADC兩種電源所需性能的指導(dǎo)原則。在我的下一篇文章中，我將討論為每種供應(yīng)開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)碾娫唇鉀Q方案及其對(duì)性能的影響。
讓我們首先看一下ADCpSRR特性。為了保持連續(xù)性，我們將使用ADC3444作為示例。該ADC3444是一款四通道，14位，125MSpS流水線ADC。使用“在ADC中測(cè)量pSRR”中開(kāi)發(fā)的方法，我們創(chuàng)建了這些pSRR圖：
模擬VDD（AVDD）pSRR在DC和基波與頻率之間。AVDDpSRR與基波輸入功率。數(shù)字VDD（DVDD）pSRR與頻率的關(guān)系。作為前面討論的提示，插入ADC模擬電源（AVDD）的頻率f0的AC信號(hào)產(chǎn)生三個(gè)雜散：一個(gè)在DC處于f0處，兩個(gè)在單個(gè)音調(diào)附近，頻率為f±f0。ADC（DVDD）的數(shù)字電源上的相同AC信號(hào)為f0。見(jiàn)圖1。
圖1：由ADC電源上的AC信號(hào)引起的雜散位置
該ADC3444AVDD和DVDD提供完整的pSRR特性，如下圖所示。請(qǐng)注意，每個(gè)ADC的本地旁路都已到位，每個(gè)AVDD電源引腳上的電流為0.1μF，每個(gè)DVDD電源引腳上的電流為0.22μF，AVDD上的總電流為1.3μF，DVDD上的電流為0.88μF。圖2是測(cè)試配置框圖。
圖2：（a）AVDD測(cè)試電路配置;（b）DVDD測(cè)試電路配置
圖3顯示了-2dBFS時(shí)基波的pSRR與頻率的關(guān)系。兩個(gè)結(jié)論突然出現(xiàn)在你面前：
基波周圍的兩個(gè)雜散的pSRR比DC的pSRR差20dB。兩種pSRR均為~200kHz，并且實(shí)際上正在改善。圍繞基本面的惡化的pSRR可能表明對(duì)基本幅度的依賴性。因此，我用500kHzADC電源AC信號(hào)（干擾信號(hào)）測(cè)量了pSRR與幅度基波。
pSRR與頻率的改善不是由ADCpSRR引起的，而是由旁路電容衰減的干擾信號(hào)引起的。
圖3：AVDDpSRR與頻率的關(guān)系
為了驗(yàn)證AVDD電源的pSRR是否依賴于基波，測(cè)量了圖4。它顯示了帶有基波的雜散的dB/dB依賴性。換句話說(shuō)，干擾源存在于基波周圍，具有設(shè)定的dBc（低于載波的dB）響應(yīng)。在DC，干擾源對(duì)于ADC的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的任何信號(hào)保持恒定。
圖4：AVDDpSRR與模擬輸入功率的關(guān)系
我對(duì)ADC的數(shù)字電源采用了相同的方法，如圖5和圖6所示。正如預(yù)期的那樣，數(shù)字電源pSRR比模擬電源的pSRR要好一個(gè)數(shù)量級(jí)，即20dB。還可以感覺(jué)到旁路電容的存在，但超過(guò)300kHz，但不會(huì)像模擬電源一樣長(zhǎng)。也沒(méi)有依賴于基波的幅度。
圖5：DVDDpSRR與頻率的關(guān)系
圖6：DVDDpSRR與輸入功率的關(guān)系
這是一項(xiàng)有趣的練習(xí)，但我們可以從結(jié)果中得出什么結(jié)論呢？
第一個(gè)結(jié)論是ADC3444中使用的架構(gòu)對(duì)模擬電源最敏感。請(qǐng)記住，上述結(jié)果是典型的，應(yīng)添加保護(hù)帶。由于28dB是-2dBFS時(shí)的最差結(jié)果，pSRR降低了dB/dB，因此全擺幅0dBFS將具有26dB的pSRR。考慮到過(guò)熱和過(guò)載變化至少10dB的保護(hù)帶，使ADC3444AVDD的最小pSRR為16dB。10dB保護(hù)帶是一種估計(jì)值，需要額外的特性以確保足夠的性能水平。
使用與“在ADC中測(cè)量pSRR”中相同的等式，參見(jiàn)下面的等式1和2?，F(xiàn)在可以估計(jì)DC/DC轉(zhuǎn)換器中存在的最大允許紋波，現(xiàn)在考慮到ADC直接由包含紋波的電源供電。
圖7：非理想AVDD電源的電路配置
系統(tǒng)設(shè)計(jì)公差將揭示維持所需性能的最大可接受刺激。我們?cè)谶@里考慮最差的雜散不能超過(guò)-95dBFS。這意味著使用16dB最壞情況pSRR并使用下面的等式1和2，我們可以確定最大允許電源紋波。
（ADCpSRR衰減后允許的最大紋波幅度）
這導(dǎo)致我們：
這是AVDD電源引腳上可能出現(xiàn)的最大紋波。
我們可以通過(guò)以下方式放寬這一嚴(yán)格要求：
減少pSRR上的保護(hù)頻帶。不在完全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)運(yùn)行ADC。允許FTT中的雜散大于-95dBFS。DVDD電源pSRR將具有圖8所示的測(cè)試配置。
圖8：非理想AVDD電源的電路配置
DVDD最差為62dB。在這個(gè)典型值上保持10dB的余量，我們可以計(jì)算出DVDD電源引腳上的最差干擾，以確保FFT中的-95dBFS性能為14.17mVpp。
這些計(jì)算提供了ADC兩種電源所需性能的指導(dǎo)原則。在我的下一篇文章中，我將討論為每種供應(yīng)開(kāi)發(fā)適當(dāng)?shù)碾娫唇鉀Q方案及其對(duì)性能的影響。
