大佬帶你看RF采樣ADC，如何保護(hù)RF采樣ADC輸入(下)

ADC作為常用器件，在諸多設(shè)備中均有所使用。從市場行情來看，ADC將長久不衰。對于ADC，小編在上篇文章中介紹了如何保護(hù)RF采樣ADC的輸入。為增進(jìn)大家對ADC的認(rèn)識，本文將對該問題進(jìn)行進(jìn)一步探討。如果你對ADC具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

1.使用TVS二極管保護(hù)ADC輸入

有幾種方式可以保護(hù)ADC輸入不受高壓影響。部分ADC(特別是射頻采樣ADC)具有內(nèi)置電路，可以檢測輸入電壓并在超過設(shè)定閾值時進(jìn)行上報。如數(shù)據(jù)手冊中所述，該快速檢測輸出存在一些延遲，因此依然會使ADC輸入端短時間內(nèi)暴漏于高壓之下。

瞬態(tài)電壓穩(wěn)定器(TVS)二極管可以限制過量電壓，但會在正常工作期間影響ADC性能。圖1顯示的是一個使用TVS二極管的過壓保護(hù)電路。

圖1. 帶TVS二極管保護(hù)的ADC前端電路

雖然TVS二極管通過箝位過量電壓保護(hù)ADC輸入，但它們會極大地惡化諧波性能。圖2顯示了具有30 MHz、–1 dBFS輸入的14位、250 MSPS無緩沖ADC的前端帶與不帶TVS二極管時的FFT比較情況。

圖2. 帶與不帶TVS二極管保護(hù)的ADC前端電路FFT比較

TVS二極管會極大地惡化奇次諧波性能，因?yàn)樗鼈冊诓蛔饔脼轶槲坏臅r候就相當(dāng)于一反向偏置二極管。該P(yáng)N二極管具有結(jié)電容CJ0，該電容與ADC內(nèi)部開關(guān)動作產(chǎn)生的非線性反沖電流互相作用，產(chǎn)生一個與模擬輸入信號混合的電壓信號。該混合信號在ADC內(nèi)部被采樣，產(chǎn)生極大的三次諧波。在過壓條件下的時域曲線(圖3)顯示了TVS二極管的箝位削壓的功能。這并不表示TVS二極管不適合用來保護(hù)ADC輸入，只是必須仔細(xì)考慮二極管規(guī)格，以便達(dá)到性能要求。選擇二極管類型及其參數(shù)時必須作更全面的考慮。

圖3. 前端電路中的TVS二極管保護(hù)導(dǎo)致削波信號

2.使用肖特基二極管保護(hù)射頻采樣ADC輸入

當(dāng)帶寬和采樣速率達(dá)到GHz和GSPS級別時，射頻采樣ADC可以簡化無線電接收機(jī)設(shè)計，因?yàn)樗鼈儾恍枰狝DC前具有很多的混頻級，但這樣會讓ADC輸入易受過壓應(yīng)力影響。圖4顯示的是用于射頻采樣ADC的典型前端設(shè)計，采用放大器驅(qū)動。新一代放大器專為與這些ADC實(shí)現(xiàn)接口而設(shè)計，具有快速攻擊響應(yīng)輸入管教，可通過串行外設(shè)接口(SPI)配置，將輸出衰減為預(yù)定增益?？焖俟繇憫?yīng)引腳可以配置為響應(yīng)射頻采樣ADC的快速檢測輸出。ADA4961是具有快速攻擊響應(yīng)功能的新一代放大器實(shí)例。AD9680和AD9625是具有快速檢測功能的射頻采樣ADC實(shí)例。

圖4. 帶快速攻擊響應(yīng)功能的放大器驅(qū)動帶快速檢測功能的射頻采樣ADC

只要輸入電壓處于合理的范圍之內(nèi)，圖4中的拓?fù)浔隳芄ぷ髁己谩Ｅe例而言，假如該接收機(jī)的輸入端收到突發(fā)高壓信號，則放大器的輸出將上升至放大器電源軌的電壓水平(本例中為5 V)。這將產(chǎn)生巨大的電壓擺幅，超過ADC輸入端的絕對最大額定電壓?？焖贆z測功能存在一定延遲(AD9680-1000為28個時鐘周期或28 ns)，因此等到快速檢測邏輯輸出告訴放大器置位快速攻擊響應(yīng)時，ADC早已暴露在高壓下數(shù)個時鐘周期。這可能降低ADC的可靠性，因此無法承受這種風(fēng)險的系統(tǒng)設(shè)計必須采用第二保護(hù)模式。具有極低器件和寄生電容的快速響應(yīng)肖特基二極管在這種情況下十分管用。特定二極管的關(guān)鍵參數(shù)可參見數(shù)據(jù)手冊。

反向擊穿電壓(VBR)——AD9680輸入引腳上的最大輸入電壓——相對于AGND約為3.2 V，因此為該二極管選擇數(shù)值為3 V的反向擊穿電壓。

結(jié)電容(CJ0)——二極管電容應(yīng)盡可能低，確保正常工作時二極管不影響ADC的交流性能(SNR/SFDR)。

圖5顯示的是無源前端，肖特基二極管位于ADC之前。無源前端比較容易演示肖特基二極管在不影響交流性能情況下對ADC輸入端的保護(hù)。

圖5. 顯示射頻采樣ADC和肖特基二極管的無源前端電路

這顆射頻采樣ADC經(jīng)過測試可輸入高達(dá)2 GHz頻率的信號，因此選用RF肖特基二極管(RB851Y)。表2顯示RB851Y的關(guān)鍵參數(shù);表明該器件適合該應(yīng)用。測試結(jié)果顯示二極管防止了ADC輸入電壓超過其3.2 V的絕對最大電壓(相對于AGND)。圖6顯示的是一個單端輸入(ADC的VIN+引腳)暴露在高壓之下(185 MHz)的情況。肖特基二極管將電壓箝位至3.0 V左右(相對于AGND)，防止ADC輸入達(dá)到3.2 V限值。圖7顯示的是在肖特基二極管箝位下的AD9680輸入端的差分信號。

表2. 用于保護(hù)射頻采樣ADC輸入的肖特基二極管關(guān)鍵參數(shù)

參數(shù) 數(shù)值 單位 注釋

反向電壓(VR) 3 V AD9680數(shù)據(jù)手冊中，絕對最大額定電壓值為VIN± = 3.2 V

端點(diǎn)之間的電容

(CJ0, 或Ct) 0.8 pF 正常條件下對ADC性能影響較小

圖6. 肖特基二極管箝位的單端ADC輸入

圖7. 肖特基二極管箝位AD9680差分輸入信號

下一步，我們測量正常工作性能。AD9680按照數(shù)據(jù)手冊中的建議進(jìn)行控制，但輸入如圖5所示進(jìn)行修改。模擬輸入頻率變化范圍為10 MHz至2 GHz。CJ0的超低數(shù)值應(yīng)當(dāng)不會對ADC的SNR和SFDR性能造成影響。

圖8. AD9680帶肖特基二極管保護(hù)時SNR/SFDR與模擬輸入頻率的關(guān)系

肖特基二極管根本不會影響SNR性能，但某些頻率下SFDR與預(yù)期值有所偏差，如圖8所示。這可能是由于差分信號失配或ADC反沖所導(dǎo)致的。評估板是從直流到2 GHz的寬頻段設(shè)計，因此當(dāng)它在整個頻段內(nèi)的整體工作良好時，某些元器件可能在特定頻率下與肖特基二極管相互作用。

大部分應(yīng)用不會用到整個2 GHz頻段，因此可以通過修改過壓保護(hù)的輸入電路，將前端調(diào)諧至所需的目標(biāo)信號帶寬。謹(jǐn)慎選擇肖特基二極管可以保護(hù)ADC輸入，因而系統(tǒng)設(shè)計人員可以使用具有最新快速攻擊響應(yīng)功能和快速檢測功能的放大器驅(qū)動前端電路，如圖9所示。

圖9. ADA4961驅(qū)動AD9680(顯示射頻采樣ADC和肖特基二極管)

以上便是此次小編帶來的“ADC”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對如何保護(hù)RF采樣ADC的輸入具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!