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| Content | Analog Dialogue 41-02,February (2007) http://www.analog.com/analogdialogue 1 向应用工程师提问—36 宽带A/D转换器的前端设计 考虑因素II： 用放大器还是变压器来驱动ADC？ 作者：Rob Reeder [rob.reeder@analog.com] Jim Caserta [jim.caserta@analog.com] 设计高性能模数转换器（ADC）之前的“前端”或输入配置， 是获取所需系统性能的关键所在。整个设计的优化取决于许多 因素，其中包括应用的特点、系统划分，以及ADC的构架。 下面的问答着重考虑了影响采用放大器和变压器电路的ADC 前端设计的一些重要的实际因素。 问：放大器和变压器有什么本质区别？ 答：放大器是有源元件，而变压器是无源的。像所有的有源元 件一样，放大器需要消耗功率，并且会引入噪声；而变压 器不消耗功率，并且其所引入的噪声可以忽略不计。放大 器和变压器都具有动态效应。 问：为什么要使用放大器？ 答：放大器的性能所受到的限制比变压器要少。如果必须保持 直流电平，则必须使用放大器，因为变压器本质上是交流耦 合器件。但另一方面，如有需要，变压器能够提供隔离能力。 放大器能更容易地提供增益，因为它们的输出阻抗本身与增 益无关。而变压器的输出阻抗却随电压增益（取决于匝数比） 的平方的增大而增大。放大器在通带上能提供更平坦的频率 响应，不会出现变压器中由寄生互感所引起的纹波。 问：放大器通常会引入多大的噪声?如何才能降低这一噪声？ 答：可以考虑一款典型的放大器，例如ADA49371 ，当将其增 益设置为G=1时，在高频端的输出噪声谱密度为6 nV/√ Hz，而80-MSPS AD9446-802 ADC的输入噪声谱密度为 10-nV/√Hz。这里的问题是放大器的噪声带宽等于ADC的 整个带宽，大约为500MHz，但ADC的噪声却被折叠到一 个奈奎斯特区（40MHz）中。如果不采用滤波器，那么放 大器和ADC的积分后的噪声将分别为155 µV rms和90 µV rms。理论上，这将使整个系统的SNR（信噪比）衰减6dB。 为了从实验上验证这一结果，采用ADA4937来驱动 AD9446-80时，测得的SNR为76 dBFS，噪底为–118 dB （图1）。而使用变压器进行驱动，测得的SNR为82 dBFS。 驱动放大器使信噪比衰减了6dB。 为了改善ADC的SNR，可以在放大器和ADC之间插入一个 滤波器。采用一个100MHz的2极点滤波器，能将放大器的积 分噪声降低到71 µV rms，从而只使SNR衰减3dB。如图2a 所示，使用2极点滤波器能将图1电路的SNR性能提高到79 dBFS，噪底为-121dB。这一2极点滤波器由放大器每个输出 端串联的24-Ω电阻、30-nH电感，以及一个47-pF差分连接 的电容构成（图2b）。 图1. ADA4937在没有噪声滤波器的情况下驱动一个80 MSPS的AD9446-80 ADC 图2b. ADA4937放大器和一个2极点噪声滤波器驱动一个 80 MSPS AD9446-80 ADC的原理图 图2a. 在使用100MHz噪声滤波器的情况下驱动AD9446-80 |
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