14 位 125MSPS 四通道 ADC 电路(通过后端数字求和增强 SNR 性能)

2017-08-18 82 0

电路功能与优势:图 1 所示电路是 14 位、125MSPS 四通道 ADC 系统的简化图,该电路使用后端数字求和将信噪比(SNR)从单通道 ADC 的 74dBFS 提升到四通道 ADC 的 78.5dBFS。这项技术特别适合要求高 SNR(如超声和雷达)的应用,并且利用了现代高性能、低功耗、四通道流水线式 ADC。

该电路利用了非相关噪声源在方和根(rss)基础上相加、而信号电压在线性基础上相加的基本原理。

14 位 125MSPS 四通道 ADC 电路(通过后端数字求和增强 SNR 性能)

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 的输入由信号项(VS)和噪声项(VN)组成。将四个噪声电压源求和可得到总电压 VT,它是四个信号电压加上四个噪声电压方和根的线性和,即:

14 位 125MSPS 四通道 ADC 电路(通过后端数字求和增强 SNR 性能)

由于 VS1=VS2=VS3=VS4,信号可有效地乘以 4,而转换器噪声——具有等效 rms 值——仅乘以 2,因此信噪比以系数 2 增加,即 6.02dB。所以,6.02dB 的 SNR 增量是将四个类似信号求和所引起的一个额外的有效分辨率位的结果。由于 SNR(dB)=6.02N+1.76dB,其中 N 为位数,从而有:

14 位 125MSPS 四通道 ADC 电路(通过后端数字求和增强 SNR 性能)

表 1 显示将多个 ADC 输出求和得到的 SNR 理论值。为方便起见,显然应选择将四个 ADC 求和;某些关键情况下可能需要更多的 ADC 求和,具体取决于其他的系统规格(包括成本)和可用的电路板空间。

表 1 增加 SNR 与 ADC 数目的关系(ADC 数目/SNR 增量(dB))

14 位 125MSPS 四通道 ADC 电路(通过后端数字求和增强 SNR 性能)

14 位 ADC 的理想 SNR 是 (6.02×14)+1.76=86.04dB;AD9253 数据手册指定的典型 SNR 为 74dB,其对应的 ENOB 为 12 位。

14 位 125MSPS 四通道 ADC 电路(通过后端数字求和增强 SNR 性能)

图 1 所示电路集成无源接收器前端,由四个模拟输入通道组成,采用器件为 14 位、125MSPS 四通道模数转换器 AD9253。

该电路接受单端输入,并通过双平衡配置中两个阻抗比为 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,如图 2 所示。

14 位 125MSPS 四通道 ADC 电路(通过后端数字求和增强 SNR 性能)

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的滤波功能,以减少可能反馈至邻近 ADC 通道的残余反冲信号。

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