电路功能及优点

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图1中显示的电路为14位和125位 MSPS四通道ADC系统简化图，电路使用后端数字求和信噪比（SNR）从单通道ADC的 74 dBFS提升到四通道ADC的78.5 dBFS。该技术特别适合高要求SNR(如超声、雷达)的应用，采用现代高性能、低功耗、四通道流水线ADC。

该电路使用非相关噪声源在方和根（rss）在线性基础上加信号电压的基本原理。

图1. 四个并联ADC求和得到更高SNR的基本框图

电路描述

每个ADC信号项输入（VS）和噪声项（VN）组成。获得四个噪声电压源和总电压 VT， 它是四个信号电压和四个噪声电压方和根的线性和，例如：

由于VS1 = VS2 = VS3 = VS4.信号可有效乘以4，转换器噪声——具有等效rms值——仅乘以2，因此信噪比以系数2增加，即6.02 dB。所以，6.02 dB的SNR增量是由四个类似信号求和引起的额外有效分辨率位的结果。由于 SNR（dB） = 6.02N 1.76 dB，N是位数，所以

表1显示多个ADC输出和获得SNR理论值。为了方便起见，显然应该选择四个ADC求和。在某些关键情况下，可能需要更多ADC但取决于其他系统规格(包括成本)和可用电路板空间。

表1. 增加SNR与ADC数目的关系ADC数目SNR增量（dB）

14位ADC的理想SNR是（6.02 &TImes; 14） 1.76 = 86.04 dB AD9253 典型的数据手册SNR为74 dB，但其产生的ENOB为12位。

图1所示的电路集成无源接收器前端由四个模拟输入通道组成，设备为14位和125位 MSPS四通道模数转换器 AD9253 。

该电路通过双平衡配置接受单端输入和两个阻抗比 1:1的宽带宽（3GHz） M/A-COM ETC1-1-13巴伦将输入转换为差分信号。

图2. 输入模拟求和网络

所有四个ADC输入均在巴伦配置的次级侧相连。电路中无增益，每个模拟输入对都有简单滤波功能，减少可能反馈至邻近ADC残余反冲信号通道。

通过ADC全差分架构提供了良好的高频共模抑制性能，因此非相关噪声源最小，产生78.5 dBFS SNR和85dBc SFDR性能(第一奈奎斯特频带，125MSPS采样时0MHz 至62.5MHz）。电路带宽为65 MHz，通带平整度为1dB。

为获得最佳性能，采用双平衡巴伦法在频率范围内达到最佳偶阶杂散性能。因为四个ADC的输入相连，维持平衡可能有一定难度，哪怕频率低于100 MHz。

使用66Ω差分端接电阻端接巴伦配置的次级侧。选择66 Ω有助于减少四个转换器输入阻抗并联组合的损耗，最大限度地减少变压器次级侧对初级侧的损耗，从初级侧获得50左右Ω的总阻抗。

本设计采用铁氧体磁珠，有助于减少电路板布局和四个未缓冲并联ADC由通道引起的寄生容性负载的影响。磁珠可以减少来自每个ADC输入通道的反冲保持了整体带宽。

10Ω串联电阻有双重作用。首先，它们驱动ADC输入滤波器(2pF共模和5pF差异)；其次，它们可以减少每一个 ADC反冲功能。反冲充电和非缓冲ADC更多关于架构的信息，请参考应用笔记AN-742。

表2总结了系统的测量性能，其中−3 dB带宽为67 MHz。网络的总插入损耗约为3dB，因此需要 13dBm为了ADC输入提供满量程2Vp-p差分信号。

表2. 测量电路的性能 性能规格（2.0 V p-p FS）最终结

系统性能

14位、125 MSPS、四通道ADC AD9253 与16位、125 MSPS ADC AD9653引脚兼容。图3显示AD9253和 AD9653四通道与配置带宽测量对比。

图3. AD9253和AD96534通道求和配置的频率响应

单通道和四通道版本 AD9253 和 AD9653 测量SNR，图4显示了结果。

图4. AD9253、AD9653单通道和四通道求和配置SNR性能与频率的关系

请注意，使用四通道求和技术可以增加14位ADC AD9253 在 10 MHz时的SNR，增加量约为5dB。16位ADC AD9653 的SNR增加量大致相同。

另一方面，单个14位ADC AD9253和单个16位ADC AD9653相差大约3 dB。

SFDR数据用于AD9253 和 AD9653， 四通道求和配置，。

图5. AD9253和AD96534通道求和配置SFDR性能与频率的关系

图1和图2中所示电路的输入阻抗使用一个在1 GHz校准频段至50Ω网络分析仪测量，。可见最终网络在所需频段内(第一奈奎斯特区，直流至62.5 MHz）的VSWR1.2或更低。

图6. 完整的前端四通道输入阻抗

前端接口设计程序

包括：

输入阻抗/VSWR(电压驻波比)是一个反映目标带宽反射到负载的无量纲参数。网络的输入阻抗是一个特定的负载值，通常是50Ω。

通带平整度通常是指额定带宽允许的波动纹波量。

带宽只是系统的频率范围。

最小信噪比（SNR）无杂散动态范围（SFDR）

输入驱动电平和带宽VSWR与特性相关，转换器满程输入信号所需的增益和范围可以设置。它高度依赖于所选的前端元件，如变压器、放大器或抗混叠滤波器，这可能是最困难的参数之一。

ADC正确数量的串联电阻必须在与滤波器负载之间确定。这是为了防止通带内的不良信号峰值，并尽量减少单个信号峰值 ADC输入反冲。在大多数情况下，正确的值必须根据经验来确定。

ADC输入阻抗可能需要外部并联电阻分流才能降低值。

应使用正确串联电阻将ADC与滤波器隔离。这种串联电阻也会降低尖峰信号，通常取决于经验。

电路优化技术与权衡

本接口电路中的参数具有较高的互动性；因此，优化电路的所有关键规格（带宽、带宽平整度、SNR、SFDR和增益)几乎不可能。

在图2中，通带峰化可以与串联电阻一起使用RA值增加并减少。然而，电阻值越高，信号衰减越大，输入网络必须由更大的信号驱动，以填充所有信号ADC并联组合的全量程输入范围。

权衡上述因素可能有些困难。在本设计中，每个参数的权重相等；因此，所选值代表了所有设计特征的接口性能。在某些设计中，可根据系统要求选择不同的值进行优化 SFDR、SNR或输入驱动电平。

本设计的SNR性能取决于以下因素：ADC通过内部采样和维护机制设置架构的本质 AD9253 3内部前端缓冲器偏置电流和设计带宽要求。整个第一奈奎斯特区在本例中使用。

在特定设计中权衡的另一个因素是ADC满量程设置。对于本设计获得的数据，满量程ADC差分输入电压设置为2 V p-p，它可以优化SFDR。将满量程输入范围改为低于 2.0 V p-p最大满量范围将降低AD芯片代理低SNR性能。

无源组件和PCB考虑寄生效应

该电路或任何高速电路的性能都高度依赖于适当的性能PCB布局，包括但不限于电源旁路、受控阻抗线路（如需要）、元件布局、信号布线以及电源层和接地层。高速ADC和放大器PCB详见指南 MT-031和 MT-101。

电容器、电感和电阻用于滤波器中的无源元件。所选电感来自Coilcra0603CS系列。滤波器使用的表贴电容为5%，C0G、0402型，保证稳定性和精度。

请参见系统的完整文档CN-0249设计支持包。

常见变化

12可用于需要相同带宽、更低功耗和性能的应用 位、125 MSPS四通道ADC AD9633。对于需要相同带宽、功耗略高、性能更高的应用，可使用16位和125位 MSPS四通道 ADC AD9653。这些设备与之前列出的其他设备兼容。