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正确理解和比较高速ADC的产品说明书

发布时间:2020-06-30 17:12:57 阅读: 来源:卷闸门厂家

和一个产品的任何其他方面一样,产品说明书也可以得到不断的改进,厂商正努力地详细阐明产品说明书1。然而,市场上已经遗留了许多产品/产品说明书版本,对新版本或者更早的版本来说,不同标准的采用也取决于不同的因素。即使有一些特定的标准已经公开发表(如参考书目 2 所提到的),标准的统一仍然是遥遥无期。

本文引用地址:本文的目的就在于突出不同厂商或同一厂商在为不同的高速模数转换器 (ADC) 撰写产品说明书时所采用的标准之间的差异。表 1 是选择正确器件时可以使用的速查表。

规范需要考虑的事项功耗在相同条件使用时,确保包括输出电源,并且该电源符合规定。输入时钟放大器如果您想对高输入频率进行采样,请查询差动时钟输入和输入时钟放大器。SNR、SINAD、SFDR、THD要注意 dB 的单位,它们可能是指 dBc 或 dBFS。输出时序确保输出时序规定正确,且具有足够的窗口来采集数据。一些器件提供了一个具有更佳时序窗口的输出时钟,以实现更轻松的接口。输入带宽没有必要确保器件性能要达到规定的频率。总体规范由于厂商将只是确保最小值,因此请查询最小值,而非典型值。确保该规范是当您在相同的条件下使用该器件时的值。查询表明器件稳健性的图形,如在不同温度或电压下性能的变化。如果有必要的话,校验性能和输入振幅曲线图的关系。

表 1 选择高速 ADC 的速查表

dB、dBc 与 dBFS 的比较

评估高速 ADC 产品说明书所示性能的一个主要标准是动态特性或诸如 SNR, SINAD、THD 以及 SFDR 的交流可调规范。例如,假设 SINAD(也称为 SNDR 或 SNRD)为信噪比,即信号功率与其他频段功率(失真与噪声)总和的比值。通常,把这个比值转换成对数值并以 dB 表示。

产品说明书间最大的差异在于单位的选择,特别应用于选择信号功率的标准。撇开导致这种差异的细节,我们来看一下信号功率完全可以用于测量的信号功率3,或者可以是类似满量程的信号的外推功率。为了避免混淆,TI 将第一种情况下的单位记作 dBc(dB 与载波的比),将第二种情况记作 dB(用于较早的产品说明书)或 dBFS(dB 与满量程的比,用于最新的产品说明书)。虽然两者之间没有主次之分,并且下文将说明它们之间可以彼此推导,但是当厂商只以“dB”为单位进行说明的时候还是会产生混淆。在 TI 的两家竞争对手撰写的产品说明书中,“dB”等于 dBc,而在第三家竞争对手撰写的产品说明书中,“dB”等于 dBFS。

什么因素会影响最终的比较结果呢?假设以-1 dBFS 的输入振幅测量来自不同厂商的两个转换器。这就意味着在测试期间,输入值是在满量程以下 1dB 的正弦曲线,换句话说,振幅 (A) 约为 ADC 满动态量程的 90%。再假设两个转换器性能相同,因此具有相同的噪声与失真功率。在第一种情况下(“dB”等于dBc),厂商用输入功率 (A) 除以噪声加失真功率 (N+D) 来计算信噪比SINAD1。在第二种情况下(“dB”等于 dBFS),厂商推导信号功率至满量程,在这种情况下导致最终的数值增加了 1dB(当输入为 -1dBFS 时)。因此,SINAD2 = SINAD1 + 1。第一家厂商的器件看起来似乎差了 1dB,但实际上与第二家厂商的器件是相同的。dBc 的值可以从 dBFS 值求得,只要加上输入振幅(以 dBFS 为单位):以 dBc 为单位的规范=以 dBFS 为单位的规范+以 dBFS 为单位的AIN。

当我们比较以 dBc 规范表示的两个转换器时,另一点值得注意的是输入振幅也会因器件的不同而不同。很显然,随着输入振幅的减小,信号值(在 dBc 规范中)也极可能变得很小(因为信号功率减小时一些噪声底限的组成却保持不变)。因此,为了使之比较有意义,两个输入振幅必须相等。只要将两个输入振幅的差异添加到由较小的输入振幅获得规范,就可以做出很好的推断。

显然由于大多数转换器的规定信号都接近于满量程,最后信号水平的差异(取决于所使用的单位)通常不会大于 2 dB。但是信号水平的差异不仅可以代表某些应用相当大的差异,而且还会影响最终产品设计的增益甚至影响整个设计。

最终的问题是如何分辨 ADC 产品说明书中的 dB 是 dBc 规范还是 dBFS 规范。一个最简单的方法是直接询问厂商;如果行不通,设计人员可以查看产品说明书的典型性能的曲线图部分。厂商通常都会针对 dBc 和 dBFS 规范给出不同的曲线图,可以根据曲线图的数值与产品说明书中规定的数值进行比较。

功耗规范

功耗是产品说明书的另一个常见的差异点。TI 习惯上在产品说明书的首页列出典型工作状态下转换器的总功耗。这些状态包括在最高采样速率下的输入差与低频或直流的比较,以及在数字侧每一引脚上施加 10-pF 的负载。当然,TI 也开始分离内核功耗(模拟,AVDD)与数字供电损耗(输出 DVDD)。这主要是因为其他厂商几乎都只标注了模拟功耗而不包括接口功耗。一些厂商在产品说明书里列出了接口功耗,但是用户必须注意一些测量条件,例如输入频率,每个引脚的输出负载以及输出电压,这些都会显著的影响测量值。

此外,还必须特别注意 ADC 可能有的特有模式。并不只是 TI 的产品说明书存在这种情况,一些厂商的转换器在模式 A 下进行功耗测量并在产品说明书中列出,但是其他动态规范却在模式 B 下给出。再例如,对于那些可承受较宽数字电源电压的转换器而言,产品说明书在最高 DVDD 电压下给出时序规范,但却在最低 DVDD 电压下给出功耗值。

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