高速ADC模拟输入接口设计指南：关键注意事项与特性分析

ADC

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本资源是一份由ADI公司应用工程部编写的名为"MT-228：高速ADC模拟输入接口考虑"的应用工程笔记。这份文档针对在设计采用高速模数转换器（ADC）的系统时所遇到的关键问题提供了深入的指导。主要内容包括： 1. **基本输入接口考虑**： - 输入阻抗：系统设计者必须确保ADC的输入接口具有适当的输入阻抗，以防止信号失真和功率损耗。表格列出了不同频率下理想的输入阻抗值。 2. **输入驱动**： - 高速ADC对输入信号的驱动能力有严格要求，设计者需评估信号源的驱动能力，选择合适的驱动电路以避免信号衰减或饱和。 3. **带宽和通带平坦度**： - 带宽是指ADC能处理的最大信号频率范围，而通带平坦度则关乎转换精度，要求信号在整个工作带宽内的幅度响应要一致。 4. **噪声**： - 在接口设计中，噪声是一个关键因素，它会降低信噪比(SNR)和有效位数(ENOB)，影响数据转换质量。因此，抗噪声措施和噪声抑制技术是必不可少的。 5. **失真**： - 无论是幅度失真还是相位失真，都会影响数据的精确性。设计者需要评估和抑制这些失真，确保数据的准确性。 6. **输入架构类型**： - 提供了无缓冲ADC和缓冲ADC两种架构的特性分析，以及变压器耦合前端和有源耦合前端网络的讨论，以帮助设计师选择最适合的架构。 7. **变压器耦合前端**： - 变压器在高速ADC前端用于隔离信号源和转换器，文档介绍了变压器的模型、性能参数以及如何理解其性能。 8. **抗混叠滤波器考虑**： - 高速ADC通常需要预置抗混叠滤波器来防止频率混叠效应，确保信号完整性。 9. **注意事项**： - 文档结尾列出了若干设计时需要注意的关键事项，如理论信噪比(SNR)、总谐波失真(THD)等指标的计算公式，以及一些专业术语的定义。这份文档对于系统工程师在设计高速ADC的模拟输入接口时提供了详尽的指南，涵盖了从基础原理到实践应用的多个层面，有助于提升设计质量和系统的稳定性。

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100

120

160

140

74dB

107dB

ADC FULLSCALE (dBFS)

74dB = 6.02N + 1.76dB = SNR

N = 12 BITS

M = 4096

FS = 245.76MSPS

4096

BIN SPACING =

33dB = 10log

( ) = FFT NOISE FLOOR (PER BIN)

78dB = 10log

( ) = NOISE FLOOR (PER Hz)

10539-002

MT-228

图2. 理想12位ADC的噪底，使用4096点FFT

失真

失真由无杂散动态范围(SFDR)来衡量，SFDR指rms满量程

与峰值杂散频谱成分的rms值之比。SFDR主要受两个因素

的控制。第一个因素是前端平衡质量的线性度，它主要与

二次谐波失真有关。第二个因素是所需的增益和输入匹

配。较高的增益要求会提高匹配难度。此外，高增益要求

会压缩ADC内部器件的裕量，从而提高非线性度，而且由

于有更多功率经过外部无源器件，它们的非线性度也会提

高。这种效应一般被视为三次谐波。

图2显示了一个理想12位ADC的4096点FFT的输出以及一些

基本运算。理论SNR为74 dB。噪声分布在整个奈奎斯特带

宽。FFT会增加处理增益，因为它处理的是小“仓”，小仓

的宽度等于采样频率除以FFT点数。对于4096点FFT，处理

增益为33 dB。这就像使模拟频谱分析仪的带宽变窄一样。

实际FFT噪底等于SNR加上处理增益，如图2所示。上述条

件下的FFT噪底等于74 + 33 = 107 dBFS。在某些系统中，会

对多个独立FFT的结果求平均值，这不会降低FFT噪底，只

是减小噪声成分的幅度变化。

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jing918

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高速ADC模拟输入接口设计指南：关键注意事项与特性分析

MT-074：精密ADC用差分驱动器.pdf

ADI-MT-015：DAC基本架构II：二进制DAC.pdf

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