基于网络分析仪测量高速模数转换器输入阻抗详解

2012-08-16 16:01:43来源: 电子发烧友

在通信领域,随着中频(IF)频率越来越高,了解输入阻抗如何随频率而变化变得日益重要。本文解释了为什么ADC输入阻抗随频率而变化,以及为什么这是个电路设计难题;然后比较了确定输入阻抗的两种方法:利用网络分析仪测量法和利用数学分析方法计算法。本文还介绍了正确使用网络分析仪的过程,并且提供了一个数学模型,其计算结果与实际测量结果非常接近。

利用高速ADC进行设计时,常常要考虑这样的问题:“ADC的模拟输入阻抗与频率有何关系?”数据手册只给出对应一个频点的阻抗。如果要处理100 MHz以上的IF,那输入阻抗是多少?输入阻抗是随频率变化还是保持不变?

考虑在信号链中使用任何新器件时,输入/输出阻抗通常是让所需的信号链各模块配合得当的重要规范。对于高速转换器,这一规范已变得非常重要,因为设计(特别是通信基础设施中的那些设计)已将IF从20MHz基带提高到200MHz以上(如果采样速率为122.88MHz,则处在第4奈奎斯特区),并且还在不断升高。

2000年以前,一般“认为”在基带频率,其阻抗很高,达数千欧姆,现在仍然如此。然而,随着设计的IF频率越来越高,时不时会冒出实际阻抗是多少、以及它是否随频率而变化等问题。通常,数据手册将差分输入阻抗规定为一个简单的RC并联组合。然而,并不是所有ADC数据手册都阐明了它的真实含义。

“有缓冲”或“无缓冲”

考虑输入阻抗的影响时,设计人员一般可以在两类高速ADC之间选择:有缓冲和无缓冲(即采用开关电容)。虽然有许多不同的转换器拓扑结构可供选择,但本文讨论的应用仅涉及流水线架构。

常用的CMOS开关电容ADC无内部输入缓冲器。因此,其功耗远低于缓冲型ADC。外部前端直接连接到ADC的内部开关电容采样保持(SHA)电路,这带来两个问题。

第一,当ADC在采样与保持两种模式之间切换时,其输入阻抗会随频率和模式而变化。第二,来自内部采样电容和网络的电荷注入会将少量信号(与高频成分混合,如图1所示)反射回前端电路和输入信号,这可能导致与转换器模拟输入端相连的元件(有源或无源)发生建立(settling)错误。

 1.jpg

图1:此图反映了内部采样电容的时域电荷注入(单端)与频域电荷注入的对比关系。

通常,当频率较低时(《100MHz),这类转换器的输入阻抗非常高(数千Ω左右);当频率高于200MHz时,差分输入阻抗跌落至大约200Ω。输入阻抗的虚部(即容性部分)也是如此,低频时的容抗相当高,高频时逐渐变小到大约1-2pF。“匹配”这种输入结构是个极具挑战性的设计问题,特别是当频率高于100MHz时。

输入端采用差分结构很重要,尤其是对于频域设计。差分前端设计能够更好地对电荷注入进行共模抑制,并且有助于设计。

采用带输入缓冲的转换器更便于设计。但不利的一面是这类转换器的功耗更高,因为缓冲器必须设计得具有高线性和低噪声特性。输入阻抗通常规定为固定的差分R||C阻抗。它由一个晶体管级进行缓冲,该级以低阻抗驱动转换过程,因此显著减小了电荷注入尖峰和开关瞬变。

与开关电容型ADC不同,输入终端在转换过程的采样和保持阶段几乎无变化。因此,相比于无缓冲型ADC,其驱动电路的设计容易得多。图2为缓冲型和无缓冲型ADC的内部采样保持电路的结构简图。

 2.jpg

图2:所示是无缓冲(a)和有缓冲(b)高速流水线ADC采样和保持电路的比较。

转换器的选择可能很难,但如今的大部分设计都力求更低功耗,因此设计人员往往采用无缓冲型转换器。如果线性指标比功耗更重要,则通常选用缓冲型转换器。应当注意,无论选择何种转换器,应用的频率越高,则前端设计就越困难。单靠选择缓冲型转换器并不能解决所有问题。不过在某些情况下,它可能会降低设计复杂性。

[1] [2] [3] [4]

关键字:网络分析仪  高速模数转换器  输入阻抗

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0816/article_5692.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
网络分析仪
高速模数转换器
输入阻抗

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved