【導(dǎo)讀】本文將為大家講解：如何“消滅”ADC噪聲？可以正確考慮噪聲進(jìn)入ADC的入口。在此文中，大家可以正確了解噪聲進(jìn)入ADC的不同方式，以及對(duì)抗噪聲的方法，能夠有效幫助廣大工程師完成優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器已成為連接模擬與數(shù)字世界的重要橋梁，也是工業(yè)領(lǐng)域中不可或缺的重要構(gòu)成。繼全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇以來(lái)，不斷擴(kuò)張的工業(yè)電子市場(chǎng)給廣大工程師帶來(lái)新的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)。同時(shí)，工程師也逐漸意識(shí)到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)劣已成為工業(yè)設(shè)備高性能表現(xiàn)的決定因素。
鑒此，為滿(mǎn)足工業(yè)電子市場(chǎng)對(duì)高性能模擬器件的強(qiáng)烈需求，模擬技術(shù)——特別是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換技術(shù)正在迅速發(fā)展變化，而作為全球領(lǐng)先的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理技術(shù)供應(yīng)商，ADI公司將繼續(xù)引領(lǐng)技術(shù)革新，為工程師設(shè)計(jì)增添助力。
當(dāng)工程師考慮ADC中的噪聲時(shí)，可將ADC大致視為混頻器。如果有噪聲從任一入口進(jìn)入ADC，就會(huì)在輸出數(shù)據(jù)的FFT中表現(xiàn)出來(lái)。現(xiàn)在來(lái)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(shí)鐘。然而，其中還有一些遺漏了的入口，它們?cè)谑褂肁DC時(shí)也是應(yīng)當(dāng)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(shù)字輸入和輸出（I/O）也可能是噪聲進(jìn)入ADC的途徑。最后，還有一個(gè)最容易被忽視的入口-接地或電路公共端。
[page]
如何“消滅”ADC噪聲（一）：噪聲通過(guò)的方式
其他ADC噪聲“入口”
廣泛用于高速ADC，為ADC模擬輸入提供共?；鶞?zhǔn)電壓。它是ADC輸入最小至最大范圍間的中點(diǎn)電壓。此引腳通常需要約0.1 μF的去耦電容。這為輸出穩(wěn)定性和高頻噪聲的過(guò)濾提供了主極點(diǎn)。正確的去耦合很重要，因?yàn)樵摴?jié)點(diǎn)為噪聲進(jìn)入ADC模擬輸入提供了潛在的直線通道。雖然它是一個(gè)輸出，但噪聲可以強(qiáng)行進(jìn)入ADC的內(nèi)部偏置電路。
除了電容，許多具有兩個(gè)或兩個(gè)以上通道的ADC也需要在Vcm輸出至各通道的每個(gè)連接間串聯(lián)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?dāng)_?；蛘哒f(shuō)，附加的串聯(lián)電阻有助于改善通道間隔離，以免一個(gè)通道上的信號(hào)跑到另一個(gè)通道上去。
在第一部分中，著重討論了噪聲通過(guò)輸出和輸出連接溜進(jìn)ADC的一些方式。接下來(lái)看看數(shù)字I/O線路，最后討論接地連接。
ADC的數(shù)字I/O線路也是噪聲入口。數(shù)字I/O具有多種不同功能，因此噪聲進(jìn)入ADC的方式也不同。最明顯的是數(shù)字輸出接口。在此更值得關(guān)注的是采用CMOS輸出的ADC，因?yàn)槠洳捎脝味溯敵觥?/div>
通常，采用LVDS輸出或串行JESD204B接口的ADC抗噪聲耦合能力更強(qiáng)。除了數(shù)字輸出，ADC本身的數(shù)字電路越來(lái)越多，為噪聲通過(guò)控制線路進(jìn)入提供了一些潛在的入口點(diǎn)。由于數(shù)字內(nèi)容增加，不得不為這些功能提供I/O。有時(shí)，通過(guò)SPI（串行端口接口）完成附加I/O。而有時(shí)，SPI不能處理所有需求。
關(guān)于SPI的補(bǔ)充：SPI不僅是一個(gè)潛在的噪聲入口，也可能造成其他轉(zhuǎn)換問(wèn)題。很多人建議，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)（當(dāng)轉(zhuǎn)換正在發(fā)生時(shí)）不要訪問(wèn)ADC的SPI。
其他I/O包括模式控制、關(guān)斷、待機(jī)、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(qǐng)注意，當(dāng)說(shuō)到“接地”的時(shí)候，指的是“電路公共端”。同時(shí)請(qǐng)注意，接地連接通常會(huì)有多個(gè)，例如模擬地和數(shù)字地。對(duì)于這兩種接地，有時(shí)需要考慮它們?cè)谀膬航Y(jié)合或連接在一起。
接地通常很自然地被認(rèn)為是可靠的基準(zhǔn)點(diǎn)。然而，接地并不總是穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)，也可能允許噪聲進(jìn)入ADC。重視系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局中的接地層是相當(dāng)重要的，以便確保有足夠的平面面積無(wú)割裂、接地過(guò)孔充足，以形成正確的電流返回路徑。必須考慮設(shè)計(jì)中的所有電流返回路徑，而不是假定接地是穩(wěn)定的基準(zhǔn)點(diǎn)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)如不當(dāng)，噪聲可能出現(xiàn)在接地層并可以進(jìn)入ADC。通過(guò)參考閱讀Bill Schweber的文章“了解你的接地”和Bruce Archambeault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(chǎng)。Bruce專(zhuān)門(mén)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(wèn)題。
圖 如何“消滅”ADC噪聲（二）：I/O線路與接地
[page]
在意料外的位置流動(dòng)的電流，嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)不是噪聲，但顯然是麻煩。
現(xiàn)在已具備所有信息，可以正確考慮噪聲進(jìn)入ADC的入口。在此過(guò)程中，正確了解噪聲進(jìn)入ADC的不同方式，以及對(duì)抗噪聲的方法，能夠有效幫助廣大工程師完成優(yōu)秀的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
