基于開(kāi)關(guān)電源的高速模數轉換器供電設計

　　諸如ADI公司的AD9268等16位、125MS/s模數轉換器能夠實(shí)現極低的噪聲以及78dB的信噪比（SNR）指標。極低的–152dBm/Hz底噪使其成為*估開(kāi)關(guān)電源的理想之選。DC/DC轉換器引起的額外噪聲或雜散量可以很容易在轉換器的輸出頻譜中顯示出來(lái)。該轉換器與ADI ADP2114 PWM降壓型穩壓器是配套產(chǎn)品。這款雙路輸出降壓型穩壓器的效率高達95%，以高開(kāi)關(guān)頻率工作，并且具備低噪聲特性。

　　一項實(shí)驗室的研究對采用線(xiàn)性穩壓器與采用開(kāi)關(guān)穩壓器時(shí)的ADC性能進(jìn)行了對比。這些實(shí)驗是采用轉換器的用戶(hù)評估板進(jìn)行的。轉換器有兩個(gè)輸入電源：AVDD為模擬部分供電，DRVDD為數字部分和輸出部分供電。為了進(jìn)行比較，轉換器最初采用兩個(gè)線(xiàn)性穩壓器（ADI公司的ADP1706）進(jìn)行評估，分別提供AVDD和DRVDD電壓。該測試的設置如圖4所示。然后轉換器采用一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器供電，如圖5所示。其中，一個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器的輸出提供給AVDD，另一個(gè)輸出提供給DRVDD。

圖4 采用ADP1708 LDO進(jìn)行線(xiàn)性電源測量的框圖

圖5 采用ADP2114開(kāi)關(guān)穩壓器進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源測量的框圖

　　在這兩種設置中，模擬輸入源都采用羅德與施瓦茨公司 （RS）的SMA-100信號發(fā)生器和KL帶通濾波器。模擬輸入通過(guò)一個(gè)雙巴倫輸入網(wǎng)絡(luò )提供，將信號發(fā)生器的單端輸出轉換至ADC的差分輸入。采樣時(shí)鐘源為低抖動(dòng)Wenzel振蕩器，也通過(guò)用于單端-差分轉換的巴倫電路供電。兩次測量的輸入電源軌（在穩壓器前面）均設定為3.6V。

　　ADC性能測量結果

　　在每種電源配置情況下，轉換器的性能都進(jìn)行了測量，以確定采用開(kāi)關(guān)電源時(shí)性能是否下降。SNR和SFDR（無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍）則通過(guò)一組輸入頻率進(jìn)行測量；結果如表1所示，采用線(xiàn)性穩壓器與采用開(kāi)關(guān)電源相比，SNR或SFDR性能未出現大的變化。

　　開(kāi)關(guān)穩壓器可以異步工作，也可以與轉換器的采樣時(shí)鐘同步而不影響轉換器性能。同步可在應用中提供更多靈活性，這在應用中可能成為一個(gè)優(yōu)勢。

　　FFT圖譜

　　圖6和圖7分別顯示了采用線(xiàn)性電源與采用開(kāi)關(guān)電源時(shí)，模擬輸入頻率為70MHz 的AD9268的FFT（快速傅立葉變換）圖譜。

圖6 采用ADP1708線(xiàn)性電源的70MHz模擬輸入

圖7 采用ADP2114開(kāi)關(guān)電源的70MHz模擬輸入

　　效率測量結果

　　表2顯示每個(gè)電源解決方案所測得的效率。采用3.6V輸入電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)穩壓器將效率提高了35%，功耗節省了640 mW。這里節省的功耗為單個(gè)轉換器節省的功耗，在采用多個(gè)ADC的系統中，節省的功耗還將顯著(zhù)增加。

　　散熱圖像

　　圖8和圖9顯示了采用LDO電源與采用ADP2114時(shí)，電路板電源部分的散熱差別。兩個(gè)圖像采用相同的縮放比例。圖8中SP01、SP02和SP03測量點(diǎn)顯示線(xiàn)性穩壓器的溫度。圖9中的SP06顯示ADP2114的溫度，它比圖9中顯示的線(xiàn)性穩壓器的溫度低10～15℃。SP04顯示AD9268的溫度，該溫度在兩個(gè)圖像中差不多。還需注意的是，圖9中的總背景溫度更高，一個(gè)串聯(lián)阻塞二極管（未標注）正在處理更高的熱負載。

　圖8 采用線(xiàn)性電源的AD9268*估板的散熱圖像

圖9 采用ADP2114電源的AD9268*估板的散熱圖像