ADC前端电路设计的五个步骤(ADI应用笔记中文版)

简介：
本应用笔记详细介绍了模拟数字转换器（ADC）前端电路设计的关键步骤，旨在帮助工程师优化系统性能。通过ADI官方翻译，内容更具本土化和实用性。 ### ADC前端电路的五个设计步骤详解 #### 一、了解系统和设计要求 在开始设计ADC前端电路之前，首要任务是全面了解系统的需求和技术规格。这一步骤虽然看似基础，却是整个设计流程中最关键的部分之一。只有明确了设计目标，才能确保后续的设计工作更加高效且有针对性。 1. **明确采样率需求**：例如案例中的61.44Msps（每秒百万样本）的采样率，这对于捕捉特定频率范围内的信号至关重要。 2. **定义信号带宽**：如100~120MHz范围内20MHz的带宽，这是信号处理的核心部分。 3. **确定性能指标**：例如案例中提到的72dB以上的信噪比（SNR），这衡量ADC性能的重要标准之一。 4. **功率预算**：比如每个通道功耗不超过500mW，这对整体系统的能耗控制十分重要。 5. **其他特殊要求**：包括工作温度范围、电源电压范围等。 通过上述信息的梳理，我们可以初步筛选出适合的ADC型号。案例中选择的是美国模拟器件公司(ADI)的14位80Msps的AD9246 ADC，这款芯片满足了所有技术要求，并且具备较低功耗和较高带宽特性。 #### 二、确定ADC输入阻抗 第二步是确定ADC的输入阻抗。这一步骤对于实现最佳匹配至关重要。不同的ADC可能会有不同的输入阻抗特性，特别是那些不具备内置缓冲或开关电容特性的型号。案例中AD9246的输入阻抗在特定频率下测得为差分电阻6.9kΩ与并联电容4pF组合形式。为了获得最佳匹配效果，需要根据这一阻抗特性进行电路设计。 #### 三、确定ADC基本性能 第三步是基于选定的评估板来收集ADC的基本性能参数。这一步有助于更好地理解ADC的实际工作情况，并为进一步优化提供基础支持。案例中测试所得72dB信噪比和82.7dBc无杂波动态范围（SFDR）接近数据手册标准值，证明所选型号符合预期。 为了进一步提高性能，需要关注以下几个方面： - **抗混淆滤波器(AAF)**：用于提升防伪波性能并降低信号谐波。 - **输入驱动要求**：使用1:4变压器可以使ADC达到全量程范围，从而减少输入驱动需求。 - **通带平滑度**：通过调整AAF中的元件值改善通带内的平滑程度。 #### 四、选择变压器及与负载匹配的无源元件 第四步涉及选择适当的变压器和其他无源元件以确保ADC前端电路与负载阻抗良好匹配。这一过程的关键是选好合适的变压器，因为不同类型的变压器在相位平衡特性等方面存在显著差异。案例中选择了性能良好的一款，并通过矢量网络分析仪(VNA)测试输入阻抗和电压驻波比（VSWR），以确保110MHz下的匹配效果达到预期。 #### 五、对设计进行基准测试 最后一步是对设计方案进行全面的基准测试，验证电路是否满足最初设定的各项性能指标。这不仅包括电气特性的测量，还可能涉及实际应用场景中的测试。通过对比测试结果与设计目标，可以判断设计的成功与否，并根据需要做出调整。 这五个步骤为ADC前端电路的设计提供了全面指导，确保了设计方案可行性和性能达标。在整个过程中始终保持对系统需求和技术规范的关注是至关重要的，以便在每个阶段都能作出最合理的决策。