电路概览

电路功能与优势

本电路利用电源管理单元ADP5020 提供八通道LNA/VGA/AAF/ADC和交叉点开关AD9272所需的各供电轨。

ADP5020是一款低噪声电源管理单元(PMU)，可提供三路输出：两个同步降压通道（分别为600 mA和250 mA）和一个低压差线性稳压器(LDO)通道(150 mA)。该电路的输入电压采用+5.5 V。

AD9272针对超声应用进行了优化，具有一条时间增益压缩路径，它采用八通道低噪声放大器(LNA)、衰减范围为42 dB的可变增益放大器(VGA)、8 MHz至18 MHz抗混叠滤波器以及12位10 MSPS至80 MSPS ADC。CW多普勒路径含有一个八通道、完全差分交叉点开关，用于电流输出求和。对于低功耗至关重要的便携式超声应用，若需使用多个AD927x器件，这就是一种理想的解决方案。

电路描述

图1显示该ADP5020电源解决方案，它为八通道LNA/VGA/AAF/ADC和交叉点开关AD9272提供所需的全部输入供电轨。ADP5020的输入为+5.5 V低纹波直流总线电源。ADP5020输出经过配置，与AD9272所需的各电源相连，包括AVDD2 (+3.0 V/363 mA)电源、AVDD1 (+1.8 V/209 mA)电源和DRVDD (+1.8 V/50 mA)电源。ADP5020的开关频率为3 MHz，允许使用较小、成本较低的电感。与利用三个独立的低压差(LDO)稳压器及其支持器件的方案相比，本电路所用器件的数量更少。

每个电源输出端均用一个简单的滤波器，它由一个表贴芯片铁氧体磁珠(FB)和并联的10 μF电容与0.1 μF电容组成。滤波器之后，这些电压分配至PCB的电源层，其中各IC均额外进行局部去耦。采用5 MHz模拟输入频率和40 MSPS采样时钟时，所产生的测试结果如图2所示。图中所示为最大增益设置（零衰减或+1.6 V）情况下GAIN+引脚上的FFT输出频谱。

表1显示采用线性稳压器（ADP3339系列的1.8 V和3.0 V版本）和ADP5020两种情况下，AD9272上测得的数据。主要是针对两种VGA增益设置（0 dB和−42 dB）的满量程信噪比(SNRFS)和无杂散动态范围(SFDR)。

表1所示的另一项测试为动态范围测试。这种测试中，不施加任何信号，而是将输入端接，以便利用FFT测量本底噪声。

施加信号条件	VGA衰减器(dB)	ADP3339 LDO		ADP5020 PMU
		SNRFS (dBFS)	SFDR (dBc)	SNRFS (dBFS)	SFDR (dBc)
FFT性能测试： 施加5 MHz满量程信号	–42	62.9	52.0	62.9	51.3
FFT 性能测试： 施加5 MHz满量程信号	0	54.2	53.8	54.3	50.7
动态范围测试： 未施加满量程信号	–42	62.9	0.6	62.9	1.1
动态范围测试： 未施加满量程信号	0	53.2	0.2	53.3	0.3

表1. 采用ADP3339系列LDO与采用ADP5020 PMU时的AD9272性能对比^1
1 其它测试条件：LNA增益 = 21 dB，PGA增益 = 30 dB，采样频率 = 40 MSPS。

总之，采用ADP5020开关稳压器设计时，SNR、SFDR或动态范围性能没有任何下降。FFT本底噪声响应几乎完全一致，并且没有任何与开关频率相关的可测量频率成分。

表2中的功效比计算将LDO稳压器设计与开关稳压器设计的整体功效比进行了比较。为了合理比较利用各稳压器方案的输入至输出计算得到的功率损失，本实验所用的两种评估板均采用相同的线内或总线电压。开关稳压器(ADP5020)设计的整体功率提高了25%。对于单个AD9272，这大约节省800 mW功耗。如果系统中使用多个器件，节省的功耗将相当可观。

	ADP3339 LDO (总线电压= 4.35 V)	ADP5020 PMU (总线电压= 4.44 V)
输入电压/电流	3.0 V AVDD2: 4.35 V @ 0.363 A = 1.58W 1.8 V AVDD1: 4.35 V @ 0.209 A = 0.909W 1.8 V DRVDD: 4.35 V @ 0.05 A = 0.218W 总功耗= 2.706 W	4.44 V @ 0.425 A = 1.89W 总功耗= 1.89 W
输出电压/电流	3.0 V AVDD2: 2.895 V @ 0.363 A = 1.08 W 1.8 V AVDD1: 1.788 V @ 0.209 A = 0.374 W 1.8 V DRVDD: 1.798 V @ 0.05 A = 0.09 W 总功耗= 1.547 W	3.0 V AVDD2: 2.985 V @ 0.363 A = 1.08 W 1.8 V AVDD1: 1.788 V @ 0.209 A = 0.374 W 1.8 V DRVDD: 1.798 V @ 0.05 A = 0.09 W 总功耗= 1.547 W
整体功率	57%	82%

表2. 线性与开关稳压器功率对比

适当的布局和电路分割是确保设计成功的关键。PCB堆叠（电源层和接地层）应紧密耦合，以改善旁路。开关稳压器电感应安装在PCB背面，以利于消除耦合至敏感器件的磁通量。充分的电源滤波至关重要。应使用两级输出滤波器，以降低纹波并衰减噪声。还应仔细了解电流流向，以及器件或相邻电路布局。电路之间应有良好的隔离。

ADC负载电流基本上保持稳定，并与采样时钟频率成比例。因此，开关稳压器的瞬态响应不像在阶梯式负载应用设计中那样重要，例如驱动FPGA等。

该电路开关稳压器部分的布局尤其重要；应以ADP5020 评估板 为指南。

欲了解设计和测试结果的更多信息，请参考Rob Reeder和Michael Cobb主持的网络研讨会 高速模数转换器应用中的开关稳压器设计 ，以及Michael Cobb撰写的技术文章“利用开关电源为高速模数转换器供电”。

常见变化

如果需要工厂设定的熔丝默认值（VOUT1 = 3.3 V、VOUT2 = 1.2 V、VOUT3 = 1.8 V）之外的电压，则必须通过I2C接口对ADP5020 PMU进行编程。 ADP5022是一款双通道、3 MHz、600 mA/300 mA降压稳压器，内置一个150 mA LDO。该器件的所有三个通道均有工厂可编程默认输出电压。两个降压通道的输出电压可以在1.1 V至3.3 V范围内编程，LDO通道的输出电压则可以在1.2 V至3.3 V范围内编程。

一般而言，配合ADC和AFE使用开关稳压器时，还可以考虑其它几种变化。 AD9271、AD9273、 AD9276和AD9277 均可代替AD9272使用。采用双输出开关稳压器ADP2114和16位、双通道、125 MSPS模数转换器AD9268的相似电路，也在实验室中得到验证。若为ADC和高性能模拟前端(AFE)供电，低压差(LDO)稳压器与开关电路解决方案都可行。LDO电路的功效比较低。开关解决方案可提高功率、降低功耗，ADC性能则不会下降。使用多个器件时，可实现更高功率。

此电路中所用产品: