如何消滅ADC噪聲

ID:82083 · 發表于 2015-6-9 00:15

數據轉換器已成為連接模擬與數字世界的重要橋梁，也是工業領域中不可或缺的重要構成。繼2011年全球經濟復蘇以來，不斷擴張的工業電子市場給廣大工程師帶來新的設計機會。同時，工程師也逐漸意識到數據轉換器的優劣已成為工業設備高性能表現的決定因素。　　鑒此，為滿足工業電子市場對高性能模擬器件的強烈需求，模擬技術——特別是數據轉換技術正在迅速發展變化，而作為全球領先的數據轉換和信號處理技術供應商，ADI公司將繼續引領技術革新，為工程師設計增添助力。
　　當工程師考慮ADC中的噪聲時，可將ADC大致視為混頻器。如果有噪聲從任一入口進入ADC，就會在輸出數據的FFT中表現出來。現在來看一看圖1的修改版本。
　　圖1顯示了噪聲入口，包括電源輸入、模擬輸入和時鐘。然而，其中還有一些遺漏了的入口，它們在使用ADC時也是應當考慮的。首先是共模電壓（Vcm）輸出，其為模擬輸入提供共模電平。其次，數字輸入和輸出（I/O）也可能是噪聲進入ADC的途徑。最后，還有一個最容易被忽視的入口-接地或電路公共端。

　　其他ADC噪聲“入口”

　　廣泛用于高速ADC，為ADC模擬輸入提供共模基準電壓。它是ADC輸入最小至最大范圍間的中點電壓。此引腳通常需要約0.1μF的去耦電容。這為輸出穩定性和高頻噪聲的過濾提供了主極點。正確的去耦合很重要，因為該節點為噪聲進入ADC模擬輸入提供了潛在的直線通道。雖然它是一個輸出，但噪聲可以強行進入ADC的內部偏置電路。
　　除了電容，許多具有兩個或兩個以上通道的ADC也需要在Vcm輸出至各通道的每個連接間串聯少量電阻。這也是降低噪聲的一種方式，通常有助于降低ADC通道間的串擾。或者說，附加的串聯電阻有助于改善通道間隔離，以免一個通道上的信號跑到另一個通道上去。
在第一部分中，著重討論了噪聲通過輸出和輸出連接溜進ADC的一些方式。接下來看看數字I/O線路，最后討論接地連接。
　　ADC的數字I/O線路也是噪聲入口。數字I/O具有多種不同功能，因此噪聲進入ADC的方式也不同。最明顯的是數字輸出接口。在此更值得關注的是采用CMOS輸出的ADC，因為其采用單端輸出。
　　通常，采用LVDS輸出或串行JESD204B接口的ADC抗噪聲耦合能力更強。除了數字輸出，ADC本身的數字電路越來越多，為噪聲通過控制線路進入提供了一些潛在的入口點。由于數字內容增加，不得不為這些功能提供I/O。有時，通過SPI（串行端口接口）完成附加I/O。而有時，SPI不能處理所有需求。
　　關于SPI的補充：SPI不僅是一個潛在的噪聲入口，也可能造成其他轉換問題。很多人建議，當系統運行時（當轉換正在發生時）不要訪問ADC的SPI。
　　其他I/O包括模式控制、關斷、待機、超范圍指示器、同步引腳等。所有這些都需要重視，為了避免噪聲耦合，除了好的布局，還要確保正確的去耦合。
　　也許最容易忽視的入口就是ADC的接地。請注意，當說到“接地”的時候，指的是“電路公共端”。同時請注意，接地連接通常會有多個，例如模擬地和數字地。對于這兩種接地，有時需要考慮它們在哪兒結合或連接在一起。
　　接地通常很自然地被認為是可靠的基準點。然而，接地并不總是穩定的基準點，也可能允許噪聲進入ADC。重視系統設計和布局中的接地層是相當重要的，以便確保有足夠的平面面積無割裂、接地過孔充足，以形成正確的電流返回路徑。必須考慮設計中的所有電流返回路徑，而不是假定接地是穩定的基準點。
　　系統設計如不當，噪聲可能出現在接地層并可以進入ADC。通過參考閱讀BillSchweber的文章“了解你的接地”和BruceArchambeault的文章“接地的秘密”，可以更深入地了解接地、接地電流、接地阻抗和電磁場。Bruce專門討論了走線中的電流與處于走線正下方層中的接地或電源層是如何相互影響的，以及造成的問題。

　　在意料外的位置流動的電流，嚴格意義上來說不是噪聲，但顯然是麻煩。

　　現在已具備所有信息，可以正確考慮噪聲進入ADC的入口。在此過程中，正確了解噪聲進入ADC的不同方式，以及對抗噪聲的方法，能夠有效幫助廣大工程師完成優秀的系統設計。

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