电源芯片选型之:ADC对纹波要求计算

2019-07-13 21:29发布

一个稳定的电路,离不开一个良好的电源设计,在使用高速的ADC芯片的时候,除了对电源芯片,电流、电压的要求之外,对于电源芯片纹波干扰的要求也是很严格,到底应该选用怎样的电源芯片,是否可以选用开关电源芯片来提高效率,这里我们通过计算来确定一个大概的电源芯片纹波要求的范围。 这里我们从ADI官网上,找到一个ADI芯片为例,AD9655,一个125MSPS,16位的ADC芯片,其芯片手册会在我的资源里进行共享。 首先,我们需要大概了解,一个芯片的噪声来源有哪几部分。首先是芯片内部固有的噪声,这部分主要就是电路的热噪声,其次就是输入噪声,这一部分主要就来自于电源的干扰,还有AD芯片的量化噪声 而同时,我们需要取芯片手册上的一些数据来作为噪声计算的依据,这里我们取的是输入信号的信噪比(SNR),我们对电源纹波的要求,一定不能大于输入信号噪声的要求,否则电源会对该部分造成影响。 SNR的定义为S/R,即输入信号功率/噪声功率。 该芯片的SNR以及其测试条件如下所示:
这里我们会有一个ADC理论最高信噪比的计算公式:SNR=1.76+6.02*N(位数)=1.76+6.02*16=98dBFS,显然输入信号的信噪比是达不到理论最高信噪比的。这里取带宽为7.9Mhz时的信噪比 这里我们需要先计算一下输入信号的功率Ps,从上图表格的最上方的测试条件可以看到,输入信号为Ain=-1.0dBFS,再从手册中得到输入满量程为2Vpp,见下表 dBFs(dB Full scale),满量程为0dBFS,所以-1.0dbfs为满量程的0.89倍,则信号的有效值为2*0.89/(2*根号2),计算出的有效值为0.63V。 同时从上表可以看出,差分输入电阻为1.9K,则将输入电压转换为输入功率为(U的平方)/R=0.2mW,即-7dbm。S(db)-N(db)=77.9,则可以得到N=-87.9dbm,转换到功率为0.00162nw,再乘以输入阻抗,得到噪声电压为55.6uv。 通过计算,我们得到了测试条件下,噪声的大小,接下来我们需要计算一下,热噪声和量化噪声,从而得到对电源噪声的要求。 首先计算热噪声,热噪声=-174+10log(BW)dbm,这里我们输入信号的带宽BW=9.7Mhz,则得到热噪声为-104dbm,转换到功率不到0.1pw,比起噪声功率为1.62pw,我们忽略它的影响。 量化噪声,我们认为ADC的量化误差为1/2LSB,其噪声为0.707Vrms/2^16/2=5uv,其实这部分也不大,我们也可以忽略,如果不忽略的话,计算出电源需要控制的噪声为50uV左右。 如果该芯片再有电源抑制比(PSRR),这里假设为50dB,输入噪声允许的范围还会提高,该芯片没有找到这个参数,就不再计算。再假设我们设计电源芯片应该是输入噪声的-6db的衰减,最终可以得出我们需要的电源纹波应该控制在7.9mv左右。 所以一般的开关电源不能满足我们的要求,需要LDO电源芯片来对该目标ADC芯片供电。
注:若不能找到SNR参数(例如某些DAC芯片不是很关心SNR参数),我们也可以使用SFDR(无杂散频率范围)对上述进行计算。 AD9655芯片手册链接:http://download.csdn.net/detail/cracked_hitter/9743584 dBm对电压转换表格(50欧姆):http://download.csdn.net/detail/cracked_hitter/9743587