如何利用高吸收性滤波器抑制直接采样ADC产生的非线性噪声

 

驱动直接采样高速ADC时，最有可能降低性能的地方是最终放大器与ADC之间的接口。

任何直接采样ADC都会在采样过程中产生非线性电荷。每次采样开关闭合时，此电荷就会反射到输入网络中。如果不加以衰减，它会反射回ADC且被重新采样，致使ADC的失真或交调失真性能下降。ADC的输入网络应尽可能接近50 Ω，以便最大限度地吸收此非线性电荷。使用高吸收性滤波器可抑制采样过程中产生的非线性信号音，从而改善SFDR。

利用放大器LTC6409驱动ADC AD9265

• LTC6409是一款差分放大器，具有出色的线性度，非常适合驱动AD9265；

• AD9265是一款16位125Msps高性能ADC，100MHz时的SNR优于77dB，SFDR优于89dB。

设计输入网络时，若选择不当，上述特性可能很快不保。几乎所有情况下，ADC与放大器之间都需要滤波器来降低最终滤波器的宽带噪声。此滤波器的设计和布局均很关键。它应为吸收式，将采样过程中的高频非线性成分吸收到50Ω端接电阻中，而不允许其反射回到ADC输入端。

图1显示了一个可用在LTC6409和AD9265之间的吸收式滤波器网络。

图1：LTC6409和AD9265之间的滤波器网络

图2显示了滤波器响应性能。此滤波器不需要具有高选择性，其作用只是衰减放大器的宽带噪声和采样过程中的非线性成分。在高频时，电感开路，电容短路，将采样过程的高频成分导入50Ω端接电阻中。如果走线布置在50Ω电阻处，则不会有任何回路反射，ADC的SFDR不会下降。

图2：图1所示电路的仿真滤波器响应

另一个可能的失真原因是输入网络布局不对称。在理想布局中，信号的差分性质可提供出色的共模抑制和非常低的二次谐波失真。任何对称性偏离都会引起差分信号的不匹配，表现为二次谐波失真。哪怕一个很简单的设计决策，比如灌铜更靠近差分信号的某一侧，都会引起相邻接地层中的接地电流出现差异。这会增加系统失真。为使性能最佳，必须保持绝对对称。

图3显示了LTC6409驱动AD9265和滤波器网络的PCB布局。其中采取了措施来保护网络的对称性，并且适当定位吸收式元件以使其效果最佳。第一组吸收式元件的位置使其能够立即吸收任何高频产物。主信号路径在接地铜箔周围蜿蜒，直至达到第二组吸收式元件，最终到达放大器端的源端接电阻。此网络最大限度地发挥了LTC6409和AD9265的性能。

图3：LTC6409和AD9265的布局

为了比较LTC6409和AD9265的性能，设计了一块电路板来通过DC890连接PScope软件。填充图1中的吸收式滤波器和图4中的反射式滤波器，并在不同频率下进行测试。

图4：用在LTC6409和AD9265之间的反射式滤波器

AD9265采用125Msps低抖动时钟，LTC6409用一个48.1到178.1 MHz的滤波正弦信号来驱动。SNR和SFDR利用PScope记录。在图5中可看到收集的样本数据。

图5：PScope收集的样本数据以125Msps速率采样58.1MHz信号

采用吸收式滤波器和反射式滤波器的SNR和SFDR对比如图6和图7所示。

• 采用吸收网络的SFDR自始至终都更好，在某些点超出10dB之多；

• SNR同样自始至终都更好，直至在非常高的频率时，SNR由其他因素决定。

图6：吸收式和反射式滤波器的SNR比较

图7：吸收式和反射式滤波器的SFDR比较

采用吸收网络的系统性能优于采用反射网络的系统。当使用反射网络时，LTC6409和AD9265的出色性能会下降。对于LTC6409和AD9265，结果是很清楚的，但使用高吸收性且对称的输入网络的做法也可应用于任何直接采样ADC和差分放大器。在放大器和ADC之间的接口上下功夫，便可实现最高性能。