如何利用高吸收性濾波器抑制直接采樣ADC產(chǎn)生的非線性噪聲

驅(qū)動(dòng)直接采樣高速ADC時(shí)，最有可能降低性能的地方是最終放大器與ADC之間的接口。

任何直接采樣ADC都會(huì)在采樣過(guò)程中產(chǎn)生非線性電荷。每次采樣開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，此電荷就會(huì)反射到輸入網(wǎng)絡(luò)中。如果不加以衰減，它會(huì)反射回ADC且被重新采樣，致使ADC的失真或交調(diào)失真性能下降。ADC的輸入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能接近50 Ω，以便最大限度地吸收此非線性電荷。使用高吸收性濾波器可抑制采樣過(guò)程中產(chǎn)生的非線性信號(hào)音，從而改善SFDR。

利用放大器LTC6409驅(qū)動(dòng)ADC AD9265

• LTC6409是一款差分放大器，具有出色的線性度，非常適合驅(qū)動(dòng)AD9265；

• AD9265是一款16位125Msps高性能ADC，100MHz時(shí)的SNR優(yōu)于77dB，SFDR優(yōu)于89dB。

設(shè)計(jì)輸入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，若選擇不當(dāng)，上述特性可能很快不保。幾乎所有情況下，ADC與放大器之間都需要濾波器來(lái)降低最終濾波器的寬帶噪聲。此濾波器的設(shè)計(jì)和布局均很關(guān)鍵。它應(yīng)為吸收式，將采樣過(guò)程中的高頻非線性成分吸收到50Ω端接電阻中，而不允許其反射回到ADC輸入端。

圖1顯示了一個(gè)可用在LTC6409和AD9265之間的吸收式濾波器網(wǎng)絡(luò)。

圖2顯示了濾波器響應(yīng)性能。此濾波器不需要具有高選擇性，其作用只是衰減放大器的寬帶噪聲和采樣過(guò)程中的非線性成分。在高頻時(shí)，電感開(kāi)路，電容短路，將采樣過(guò)程的高頻成分導(dǎo)入50Ω端接電阻中。如果走線布置在50Ω電阻處，則不會(huì)有任何回路反射，ADC的SFDR不會(huì)下降。

另一個(gè)可能的失真原因是輸入網(wǎng)絡(luò)布局不對(duì)稱。在理想布局中，信號(hào)的差分性質(zhì)可提供出色的共模抑制和非常低的二次諧波失真。任何對(duì)稱性偏離都會(huì)引起差分信號(hào)的不匹配，表現(xiàn)為二次諧波失真。哪怕一個(gè)很簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)決策，比如灌銅更靠近差分信號(hào)的某一側(cè)，都會(huì)引起相鄰接地層中的接地電流出現(xiàn)差異。這會(huì)增加系統(tǒng)失真。為使性能最佳，必須保持絕對(duì)對(duì)稱。

圖3顯示了LTC6409驅(qū)動(dòng)AD9265和濾波器網(wǎng)絡(luò)的PCB布局。其中采取了措施來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的對(duì)稱性，并且適當(dāng)定位吸收式元件以使其效果最佳。第一組吸收式元件的位置使其能夠立即吸收任何高頻產(chǎn)物。主信號(hào)路徑在接地銅箔周圍蜿蜒，直至達(dá)到第二組吸收式元件，最終到達(dá)放大器端的源端接電阻。此網(wǎng)絡(luò)最大限度地發(fā)揮了LTC6409和AD9265的性能。

圖3：LTC6409和AD9265的布局

為了比較LTC6409和AD9265的性能，設(shè)計(jì)了一塊電路板來(lái)通過(guò)DC890連接PScope軟件。填充圖1中的吸收式濾波器和圖4中的反射式濾波器，并在不同頻率下進(jìn)行測(cè)試。

AD9265采用125Msps低抖動(dòng)時(shí)鐘，LTC6409用一個(gè)48.1到178.1 MHz的濾波正弦信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)。SNR和SFDR利用PScope記錄。在圖5中可看到收集的樣本數(shù)據(jù)。

圖5：PScope收集的樣本數(shù)據(jù)以125Msps速率采樣58.1MHz信號(hào)

采用吸收式濾波器和反射式濾波器的SNR和SFDR對(duì)比如圖6和圖7所示。

• 采用吸收網(wǎng)絡(luò)的SFDR自始至終都更好，在某些點(diǎn)超出10dB之多；

• SNR同樣自始至終都更好，直至在非常高的頻率時(shí)，SNR由其他因素決定。

圖6：吸收式和反射式濾波器的SNR比較

圖7：吸收式和反射式濾波器的SFDR比較

采用吸收網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能優(yōu)于采用反射網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)。當(dāng)使用反射網(wǎng)絡(luò)時(shí)，LTC6409和AD9265的出色性能會(huì)下降。對(duì)于LTC6409和AD9265，結(jié)果是很清楚的，但使用高吸收性且對(duì)稱的輸入網(wǎng)絡(luò)的做法也可應(yīng)用于任何直接采樣ADC和差分放大器。在放大器和ADC之間的接口上下功夫，便可實(shí)現(xiàn)最高性能。