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为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?

发布时间:2018-02-03 责任编辑:wenwei

【导读】任何直接采样ADC都会在采样过程中产生非线性电荷。每次采样开关闭合时,此电荷就会反射到输入网络中。如果不加以衰减,它会反射回ADC且被重新采样,致使ADC的失真或交调失真性能下降。ADC的输入网络应尽可能接近50 Ω,以便最大限度地吸收此非线性电荷。使用高吸收性滤波器可抑制采样过程中产生的非线性信号音,从而改善SFDR。
 
驱动直接采样高速ADC时,最有可能降低性能的地方是最终放大器与ADC之间的接口。
 
利用放大器LTC6409驱动ADC AD9265
 
  • LTC6409是一款差分放大器,具有出色的线性度,非常适合驱动AD9265;
  • AD9265是一款16位125Msps高性能ADC,100MHz时的SNR优于77dB,SFDR优于89dB。
 
设计输入网络时,若选择不当,上述特性可能很快不保。几乎所有情况下,ADC与放大器之间都需要滤波器来降低最终滤波器的宽带噪声。此滤波器的设计和布局均很关键。它应为吸收式,将采样过程中的高频非线性成分吸收到50Ω端接电阻中,而不允许其反射回到ADC输入端。
 
图1显示了一个可用在LTC6409和AD9265之间的吸收式滤波器网络。
 
为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?
图1:LTC6409和AD9265之间的滤波器网络
 
图2显示了滤波器响应性能。此滤波器不需要具有高选择性,其作用只是衰减放大器的宽带噪声和采样过程中的非线性成分。在高频时,电感开路,电容短路,将采样过程的高频成分导入50Ω端接电阻中。如果走线布置在50Ω电阻处,则不会有任何回路反射,ADC的SFDR不会下降。
 
为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?
图2:图1所示电路的仿真滤波器响应
 
另一个可能的失真原因是输入网络布局不对称。在理想布局中,信号的差分性质可提供出色的共模抑制和非常低的二次谐波失真。任何对称性偏离都会引起差分信号的不匹配,表现为二次谐波失真。哪怕一个很简单的设计决策,比如灌铜更靠近差分信号的某一侧,都会引起相邻接地层中的接地电流出现差异。这会增加系统失真。为使性能最佳,必须保持绝对对称。
 
图3显示了LTC6409驱动AD9265和滤波器网络的PCB布局。其中采取了措施来保护网络的对称性,并且适当定位吸收式元件以使其效果最佳。第一组吸收式元件的位置使其能够立即吸收任何高频产物。主信号路径在接地铜箔周围蜿蜒,直至达到第二组吸收式元件,最终到达放大器端的源端接电阻。此网络最大限度地发挥了LTC6409和AD9265的性能。
 
为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?
图3:LTC6409和AD9265的布局
 
为了比较LTC6409和AD9265的性能,设计了一块电路板来通过DC890连接PScope软件。填充图1中的吸收式滤波器和图4中的反射式滤波器,并在不同频率下进行测试。
 
为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?
图4:用在LTC6409和AD9265之间的反射式滤波器
 
AD9265采用125Msps低抖动时钟,LTC6409用一个48.1到178.1 MHz的滤波正弦信号来驱动。SNR和SFDR利用PScope记录。在图5中可看到收集的样本数据。
 
为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?
图5:PScope收集的样本数据以125Msps速率采样58.1MHz信号
 
采用吸收式滤波器和反射式滤波器的SNR和SFDR对比如图6和图7所示。
 
  • 采用吸收网络的SFDR自始至终都更好,在某些点超出10dB之多;
  • SNR同样自始至终都更好,直至在非常高的频率时,SNR由其他因素决定。
 
为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?
图6:吸收式和反射式滤波器的SNR比较
 
为了提高线性度,滤波器用吸收式还是反射式?
图7:吸收式和反射式滤波器的SFDR比较
 
采用吸收网络的系统性能优于采用反射网络的系统。当使用反射网络时,LTC6409和AD9265的出色性能会下降。对于LTC6409和AD9265,结果是很清楚的,但使用高吸收性且对称的输入网络的做法也可应用于任何直接采样ADC和差分放大器。在放大器和ADC之间的接口上下功夫,便可实现最高性能。
 
 
 
 
 
 
 
 
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