电源决定模数转换器的好坏

电子发烧友网工程师 发表于 2018-03-16 15:59:00 收藏 已收藏
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电源决定模数转换器的好坏

电子发烧友网工程师 发表于 2018-03-16 15:59:00 收藏

当谈到模拟信号链时,每个人都明白输入信号路径的重要性。我们设计自己的系统,以获取值得关注的信号并保持其完整性,同时竭尽全力来避免或减少干扰。我们特别留意沿途所置各组件的选择。。.。。.然后我们就给其供电。

笔者曾听人把电源形容成“电路的鞋带。”像电路一样,人们常为鞋子的设计和款式做大量艰苦的工作,却直到最后才会想起鞋带。虽然电源往往是后添加的东西,但它们的设计可能正如信号链本身一样重要。

在本系列的第一部分,笔者将介绍电源抑制(PSR)的概念,并说明电源如何能影响Δ-Σ型模数转换器(ADC)的性能。

笔者的直流(DC)电源“固如磐石”,对吗?

您的电源也许并不如您想象的那样坚固耐用,信不信由您。从DC的角度来看,组件容差和温度漂移都可能导致您的电源输出因电路板不同和温度变化而发生变化。轻微的变化似乎无关紧要(如果它仍在您ADC的工作条件范围内),但这可能会在ADC传输函数中产生额外的偏移和增益误差。

电源也可能噪声很大。根据它们的来源或周围环境,DC电源还可支持交流(AC)组件。

我们都熟悉由50Hz/60Hz电源线引起的令人头痛的顽疾(比喻)。电源线噪声往往能找到一种途径,可通过照明或附近设备耦合而入,即便是电池供电型应用也难幸免。对某些应用而言,这种噪声可直接进入到您值得关注的信号带宽范围内。

此外,较复杂的系统还可用开关DC/DC转换器来让自己的电源“降压”或“升压”,从而变成另一种电压,这样就能由单个电源产生多个电源。这些开关

电源的频率存在范围也许远远超出了值得关注的信号带宽范围,但这些频率有可能混叠回通带中。这会直接影响重要的AC技术参数,如信噪比(SNR)和无杂散动态范围(SFDR)。

ADC需要稳定的纯DC电源,因此该电源中的任何变化均有可能改变ADC的性能。像大多数有源组件一样,ADC经设计具备一些固有的抗电源变化能力,但有一点至关重要 —— 那就是要对该能力进行量化,看它是否足以让您的应用正常运行。

笔者的ADC对其电源的易感程度如何?

ADC PSR描述了ADC输出变化与其电源变化的相关性。有时它被指定为一个比值,称为电源抑制比(PSRR),用分贝(dB)来表示。TI的Δ-Σ型ADC通常采用两种方式来指定PSRR:PSRRDC和PSRRAC。

PSRRDC可衡量ADC对电源中DC位移的抑制能力。为了测定PSRRDC,您要将ADC输入短接在一起并把它们偏置到中间电源,如图1所示。然后,您通过一个干净的DC电源为模拟ADC电源(AVDD)供电,并记录输出端的偏移电压。当您将电源电压增加或减少100mV时,记录您在ADC输出端观察到的任何变化。图2展示了电源电压中100mV的变化如何让ADS1220中的初始偏移电压发生了562nV的变化。采用方程式1,计算出PSRRDC为-105dB。

电源决定模数转换器的好坏

图1:PSRRDC测试设置

电源决定模数转换器的好坏

图2:ADS1220PSRRDC测定

电源决定模数转换器的好坏

方程式(1)

PSRRAC可衡量ADC的电源噪声或纹波抑制能力。为了测定PSRRAC,您要让ADC输入短接在一起并偏置到中间电源,同时将一个100mVpp的正弦波(VIN)添加到DC电源,如图3所示。偏移电压等于所需电源电压的AC信号发生器正可一用。对于值得关注的频率,您可记录用快速傅立叶变换(FFT)算法计算输出数据得出的基调振幅,并用方程式2算出PSRRAC。对ADS1278而言,要凭借2.5V的参考电压和24位的分辨率将一个振幅为100mV的纹波从满量程转变到-28dB。如果该电源纹波具有60Hz的频率,那么ADS1278将使该纹波再衰减-80dB,从而让60Hz频率下的输出量值降至-108dB。产品说明书通常为电气特性表中50Hz和60Hz的频率以及典型特性图中的所有其它频率(高达100kHz或1MHz)提供PSRRAC规格。

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图3:PSRRAC测试设置

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图4:ADS1278PSRRAC测定

电源决定模数转换器的好坏

方程式(2)

正如笔者前面所提,大多数ADC均有一定的PSR水平(基于它们的设计方式)。对于需要更强PSR能力的应用,本系列的下一篇文章将讨论在您的系统中提高PSR水平的方法。

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模拟技术
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