高速ADC的理解

本文的目的就在于突出不同廠(chǎng)商或同一廠(chǎng)商在為不同的高速模數轉換器 (ADC) 撰寫(xiě)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)時(shí)所采用的標準之間的差異。表 1 是選擇正確器件時(shí)可以使用的速查表。

　　表 1 選擇高速 ADC 的速查表

　　dB、dBc 與 dBFS 的比較

　　評估高速 ADC 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)所示性能的一個(gè)主要標準是動(dòng)態(tài)特性或諸如 SNR, SINAD、THD 以及 SFDR 的交流可調規范。例如，假設 SINAD(也稱(chēng)為 SNDR 或 SNRD)為信噪比，即信號功率與其他頻段功率(失真與噪聲)總和的比值。通常，把這個(gè)比值轉換成對數值并以 dB 表示。

　　產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)間最大的差異在于單位的選擇，特別應用于選擇信號功率的標準。撇開(kāi)導致這種差異的細節，我們來(lái)看一下信號功率完全可以用于測量的信號功率3，或者可以是類(lèi)似滿(mǎn)量程的信號的外推功率。為了避免混淆，TI 將第一種情況下的單位記作 dBc(dB 與載波的比)，將第二種情況記作 dB(用于較早的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū))或 dBFS(dB 與滿(mǎn)量程的比，用于最新的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū))。雖然兩者之間沒(méi)有主次之分，并且下文將說(shuō)明它們之間可以彼此推導，但是當廠(chǎng)商只以“dB”為單位進(jìn)行說(shuō)明的時(shí)候還是會(huì )產(chǎn)生混淆。在 TI 的兩家競爭對手撰寫(xiě)的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中，“dB”等于 dBc，而在第三家競爭對手撰寫(xiě)的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中，“dB”等于 dBFS。

　　什么因素會(huì )影響最終的比較結果呢?假設以-1 dBFS 的輸入振幅測量來(lái)自不同廠(chǎng)商的兩個(gè)轉換器。這就意味著(zhù)在測試期間，輸入值是在滿(mǎn)量程以下 1dB 的正弦曲線(xiàn)，換句話(huà)說(shuō)，振幅 (A) 約為 ADC 滿(mǎn)動(dòng)態(tài)量程的 90%。再假設兩個(gè)轉換器性能相同，因此具有相同的噪聲與失真功率。在第一種情況下(“dB”等于dBc)，廠(chǎng)商用輸入功率 (A) 除以噪聲加失真功率 (N+D) 來(lái)計算信噪比SINAD1。在第二種情況下(“dB”等于 dBFS)，廠(chǎng)商推導信號功率至滿(mǎn)量程，在這種情況下導致最終的數值增加了 1dB(當輸入為 -1dBFS 時(shí))。因此，SINAD2 = SINAD1 + 1。第一家廠(chǎng)商的器件看起來(lái)似乎差了 1dB，但實(shí)際上與第二家廠(chǎng)商的器件是相同的。dBc 的值可以從 dBFS 值求得，只要加上輸入振幅(以 dBFS 為單位)：以 dBc 為單位的規范=以 dBFS 為單位的規范+以 dBFS 為單位的AIN。

　　當我們比較以 dBc 規范表示的兩個(gè)轉換器時(shí)，另一點(diǎn)值得注意的是輸入振幅也會(huì )因器件的不同而不同。很顯然，隨著(zhù)輸入振幅的減小，信號值(在 dBc 規范中)也極可能變得很小(因為信號功率減小時(shí)一些噪聲底限的組成卻保持不變)。因此，為了使之比較有意義，兩個(gè)輸入振幅必須相等。只要將兩個(gè)輸入振幅的差異添加到由較小的輸入振幅獲得規范，就可以做出很好的推斷。

　　顯然由于大多數轉換器的規定信號都接近于滿(mǎn)量程，最后信號水平的差異(取決于所使用的單位)通常不會(huì )大于 2 dB。但是信號水平的差異不僅可以代表某些應用相當大的差異，而且還會(huì )影響最終產(chǎn)品設計的增益甚至影響整個(gè)設計。

　　最終的問(wèn)題是如何分辨 ADC 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中的 dB 是 dBc 規范還是 dBFS 規范。一個(gè)最簡(jiǎn)單的方法是直接詢(xún)問(wèn)廠(chǎng)商;如果行不通，設計人員可以查看產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的典型性能的曲線(xiàn)圖部分。廠(chǎng)商通常都會(huì )針對 dBc 和 dBFS 規范給出不同的曲線(xiàn)圖，可以根據曲線(xiàn)圖的數值與產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中規定的數值進(jìn)行比較。