分析FDA驱动ADC性能-第3部分

文章作者:Michael Steffes

«以前:将FDA与18位SAR ADC结合，预测组合信噪比性能

使用仿真工具确认信噪比估计

这里显示的设计计算为您提供了一种快速的方法来比较解决方案，并确定FDA设计中驱动高精度ADC的关键术语。对于一个简单的级间RC滤波器，计算值是相当准确的。然而，大多数设计更加复杂，在万博投注网址FDA阶段采用反馈电容器或有源滤波器实现。这些情况将需要使用仿真来获得ADC输入引脚的信噪比的更准确的视图。

继续使用如表9所示的THS4551和499Ω电阻的最低噪声情况，您可以使用免费的基于spice的模拟器，如TINA-TI软件，进行信噪比模拟。当设置信噪比条件时，输入您将在仿真中进行比较的最大RMS电压水平。在这里，该水平将是3.15Vrms，对应于参考[5]中使用的8.9Vpp测试水平。
该仿真运行了一个扫频噪声集成，并提供了一条信噪比曲线，峰值为50MHz，如图4所示。这个50MHz的端点值包括ADS8881[6]的30MHz输入信号带宽的全部NPB。图5显示了这个仿真和最终的全带宽信噪比交付给110dB的ADC输入。

图4:ADC输入引脚的信噪比仿真设置。

图5:以ADC输入引脚的信噪比为例进行设计。

该仿真结果略低于表9中预测的110.25dB水平。这种差异的一种可能是，这种设计显示了一些在简化分析中没有包括的更高频率的输出点噪声峰值。RC负载通常会减少像THS4551这样的现代高速FDAs的相位裕度(在这个例子中模拟显示了27度相位裕度)。如图6所示，在FDA输出引脚处运行输出点噪声模拟，很容易证实这一点。在这里，模型中包含的低频1/f效应是可见的，确实一些点噪声峰值出现在32MHz左右的单位环路增益交叉。中频的标记显示了表9中预测的8.75nV/Hz点噪声。rc后级间滤波器有效地衰减了FDA输出光斑噪声的峰值。但是，与简化分析中预期的110.25dB(假设1/f角上的输出噪声频谱平坦)相比，模拟集成确实略微降低了信噪比到110dB。

图6:FDA输出引脚的点噪声模拟。

结论

虽然FDA输出噪声分析存在许多处理方法，但大多数都忽略了1/f效应，这很容易包括在分析中，如这里所示。在输出中打破单独的条款将清楚地显示你可以在哪里产生最大的影响，无论是通过改变FDA或电阻器的值。

信噪比的计算很简单，但必须有一个确定的带宽来定义，这通常是由级间无源滤波器提供给ADC。这种无源滤波器提供了许多其他有用的功能，但其中之一是为FDA规定的斑点噪声设置集成带宽。

万博投注网址设计通常包括更复杂的无源或有源滤波器。从这里显示的简化流程开始，将帮助您朝着初始设计的正确方向前进，然后您可以使用全电路模拟来估计最终的信噪比。在公式6中使用模拟的信噪比(模型准确地包括噪声和相位裕度影响是至关重要的)将在物理测试前给你一个组合信噪比的预览。

通常，FDA周围的过滤会减少相位裕度。如果峰值是可见的，检查相位裕度，并通过FDA输出引脚执行点输出噪声的快速模拟，这是低相位裕度的一个很好的指示器。

关于作者
自1985年以来，Michael Steffes参与了>80高速放大器产品的开发和引进。他此前发表了>25个应用程序笔记和>55篇原创文章，涵盖各种高速放大器的问题和应用。他目前担任高级技术人员，负责定义和开发行业领先的信号路径组件，为德州仪器(Texas Instruments)提供高精度和高速数据转换器。

参考文献
1THS4541负轨输入，轨到轨输出，精密，850-MHz全差分放大器, 8.5节
1THS4551低噪声，精密，150-MHz，全差分放大器,大家
1完全差动放大器， James Karki, Texas Instruments, 2016年9月
1高速运放的噪声分析， Michael Steffes，德克萨斯仪器公司，2005年1月
118位，1MSPS数据采集块(DAQ)优化的最低失真和噪声， Vaibhav Kumar，德克萨斯仪器公司，2015年10月
1ADS8881x 18位，1-MSPS，串行接口，微功率，微型，真差分输入，SAR模数转换器