PDF《MT-004 指南》

155 LSBs RMS DITHER DNL (LSBs) +1.5 +1.0 +0.5

0 C0.5 UNDITHERED UNDITHERED

512 LSBs

512 LSBs OUTPUT CODE OUTPUT CODE Page

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12 对于最高约为200 MHz的模拟输入,AD6645前端产生的失真成分与编码器产生的失真相比 可忽略不计.这就是说,AD6645传递函数的静态非线性是SFDR性能的主要限制. 目标是选择适当的带外扰动量,使得这些微小DNL误差的影响在ADC整个输入范围内随机 化,从而降低平均DNL误差.这可以通过实验方法确定,覆盖大约两个ADC1跃迁区的峰 峰值扰动噪声对DNL的改善最佳.更高的噪声量不会明显改善DNL.两个ADC1跃迁区覆 盖1024 LSB峰峰值,或者大约155 LSB rms(峰峰值高斯噪声除以6.6即得到均方根值). 图9中的第一幅图显示一小部分输入信号范围内的无扰动DNL.水平轴经过放大,以显示两 个相距68.75 mV (512 LSB)的分级点.第二幅图显示增加155 LSB rms扰动后的DNL,该扰动 量相当于大约C20.6 dBm.请注意,DNL得到显著改善. 扰动噪声可以通过多种方式产生.可以使用噪声二极管,但简单地放大器宽带双极性运放 的输入电压噪声是更经济的解决方案,这种方法已在参考文献

3、

4、5中详细说明,在此 恕不赘述. 利用带外扰动获得的SFDR大幅改善结果如图10的深(1,048,576点)FFT所示,其中AD6645 以80 MSPS的速率对一个C35 dBm、30.5 MHz信号进行采样.请注意,无扰动时SFDR约为

92 dBFS,有扰动时约为108 dBFS,提高幅度达16 dB! 图9:无扰动和有扰动的AD6645 DNL 图10:无扰动和有扰动的AD6645 FFT图图11:14位、80MSPS ADC AD9444,fs = 80MSPS, fin = 30.5MHz,信号幅度 = C40dBFS MT-004 1,048,576-POINT FFTs, PROCESS GAIN = 60dB SAMPLING RATE = 80MSPS INPUT = 30.5MHz @ C35dBm NO DITHER SAMPLING RATE = 80MSPS INPUT = 30.5MHz @ C35dBm WITH DITHER @ C20.6dBm SFDR = 92dBFS SFDR = 108dBFS NO DITHER WITH DITHER DITHER SIGNAL NO DITHER 50mV RMS DITHER SFDR = 100dBFS 1,048,576-POINT FFTs, AVERAGE OF

5 RUNS, DATA GENERATED USING ADIsimADC? AND AD9444 MODEL SFDR = 125dBFS Page

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12 AD6645 ADC由ADI公司于2000年推出,直到最近,它仍是代表SFDR极致性能的产品.自 从推出该器件后,工艺技术和电路设计两方面的进步推动ADC向更高性能发展,例如 AD9444(14位、80 MSPS)、AD9445(14位、105/125 MSPS)和AD9446(16位、80/100 MSPS), 这些ADC具有非常高的SFDR(对于70 MHz满量程输入信号,典型值大于90 dBc)和低DNL. 在一定的输入信号条件下,增加适当的带外扰动信号同样可以改善SFDR性能. 图11显示了有扰动和无扰动下的AD9444(14位、80MSPS)FFT.在这些输入条件下,添加扰 动使SFDR提高25 dB.所示数据是利用ADIsimADC程序和AD9444模型获得. MT-004 Page

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12 虽然图10和图11所示的结果相当惊人,但不应认为,增加带外噪声扰动一定就会改善ADC 的SFDR,或者在所有条件下都适用.正如之前提到的,扰动无法改善ADC前端电路的线 性度.即使是近乎理想的前端,扰动的效果也将高度依赖于输入信号的幅度和扰动信号本 身的幅度.例如,当信号接近ADC的满量程输入范围时,传递函数的积分非线性可能会成 为确定SFDR的限制因素,扰动将没有助益.务必认真研究数据手册,某些情况下,其中 可能给出了有扰动和无扰动的数据以及幅度和带宽建议.扰动可能是更新一代中频采样 ADC的内置特性. 结束语 在本文中,我们说明了所有ADC都有一定量的折合到输入端噪声.在精密、低频测量应用 中,以数字方式对ADC输出数据求平均值可以降低该噪声,代价是采样速率会降低并且需 要额外的硬件.该均值方法实际上可以提高ADC的分辨率,但无法降低积分非线性误差. 通过均值技术提高分辨率时,需要少量的折合到输入端噪声,但如果噪声太高,均值法将 需要大量样本,而且存在一个 效益递减 点. 在某些高速ADC应用中,增加适当数量的带外噪声扰动可以改善ADC的DNL,并提高无 杂散动态范围(SFDR).然而,扰动对改善SFDR的效力高度依赖于特定ADC的特性. 致谢 Microchip Technology的Bonnie Baker和ADI公司的Alain Guery为本指南的撰写提供了细致 周到的建议,在此表示衷心感谢. Page