可编程ADC输入范围让系统获益

问题:

可调整或可编程的模拟输入范围有何优势?

RAQ:  Issue 103

答案:

以前的高速模数转换器需要通过调整外部基准电压来改变模拟输入范围,但大部分最新设计则具有可编程或可调整的输入范围。例如,一次简单的寄存器写入就能以100 mV步进将输入范围从1 Vp-p调整到2 Vp-p。大多数器件的默认输入范围设置为最大值,因为此时的信噪比(SNR)最大。信噪比是一个简单的分数:信号/噪声。噪声通常以转换器本身的热噪声为主,不会随输入范围的调整而改变,因此输入范围最大时,SNR也最大。

有时候,工程师查看数据手册后会问,为什么有人想要调整输入范围,因为降低范围的价值并不明确。这是一个合理的问题,降低信号范围并不能给转换器的其它特性带来明显的好处。你可能希望失真会随着信号摆幅降低而改善,就像运算放大器或其它线性器件一样。但是, 对于ADC, 这种改善通常并不显著,特别是在满量程附近,转换器的失真以非线性误差为主。举例来说,16位250 MSPS ADCAD9647可在2 Vp-p和2.5 Vp-p输入范围下提供典型特性。降低输入范围使SNR降低1.7 dB时,第一奈奎斯特区的无杂散动态范围(SFDR)提高1到2 dB。用1.7 dBSNR换取1到2 dB的失真改善看起来不亏不赚,不过杂散处在奈奎斯特区中的离散频率,而降低SNR会提高整个奈奎斯特区上的噪底平均值。离散频率上1到2 dB的改善在大多数应用中可以忽略不计,但在整个关注频段上降低1.7 dB却非同小可。

那么,如果得不到任何好处,为什么要损失SNR呢?这是因为,转换器只是系统拼图中的一块。为整个系统的成本、性能和功耗做预算时,信号范围降低意味着ADC上游所需的增益减少1.7 dB,也许就能使用功耗更低、增益带宽积更低的运算放大器。因此,如果降低转换器的噪声性能是可以接受的,可在系统的其它地方获得好处。

作者

David Buchanan

David Buchanan

于1987年获得美国弗吉尼亚大学电子工程学士学位。他先后在STMicroelectronics、Adaptec和Analog Devices从事市场营销和应用工程工作,熟悉各种高性能模拟半导体产品。他目前是ADI公司高速转换器产品线(美国北卡罗来纳州格林斯博罗)的资深应用工程师。