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用开关电源给高速AD转换器供电的优缺点
发布时间:2015-09-03 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
一项实验室的研究对采用线性稳压器与采用开关稳压器时的ADC性能进行了对比。这些实验是采用转换器的用户评估板进行的。转换器有两个输入电源：AVDD为模拟部分供电，DRVDD为数字部分和输出部分供电。为了进行比较，转换器最初采用两个线性稳压器（ADI公司的ADP1706）进行评估，分别提供AVDD和DRVDD电压。该测试的设置如图4所示。然后转换器采用一个开关稳压器供电，如图5所示。其中，一个开关稳压器的输出提供给AVDD，另一个输出提供给DRVDD。
图4 采用ADP模压电感器1708 LDO进行线性电源测量的框图
图5 采用ADP2114开关稳压器进行开关电源测量的框图
在这两种设置中，模拟输入源都采用罗德与施瓦茨公司 （R&S）的SMA-100信号发生器和K&L带通滤波器。模拟输入通过一个双巴伦输入网络提供，将信号发生器的单端输出转换至ADC的差分输入。采模压电感器样时钟源为低抖动Wenzel振荡器，也通过用于单端-差分转换的巴伦电路供电。两次测量的输入电源轨（在稳压器前面）均设定为3.6V。ADC性能测量结果
在每种电源配置情况下，转换器的性能都进行了测量，以确定采用开关电源时性能是否下降。SNR和SFDR（无杂散动态范围）则通过一组输入频率进行测量；结果如表1所示，采用线性稳压器与采用开关电源相比，SNR或SFDR性能未出现大的变化。
开关稳压器可以异步工作，也可以与转换器的采样时钟同步而不影响转换器性能。同步可在应用中提供更多灵活性，这在应用中可能成为一个优势。FFT图谱
图6和图7分别显示了采用线性电源与采用开关电源时，模拟输入频率为70MHz 的AD9268的FFT（快速傅立叶变换）图谱。
图6 采用ADP1708线性电源的70MHz模拟输入
图7 采用ADP2114开关电源的70MHz模拟输入
效率测量结果
表2显示每个电源解决方案所测得的效率。采用3.6V输入电压时，开关稳压器将效率提高了35%，功耗节省了640 mW。这里节省的功耗为单个转换器节省的功耗，在采用多个ADC的系统中，节省的功耗还将显著增加。
散热图像
图8和图9显示了采用LDO电源与采用ADP2114时，电路板电源部分的散热差别。两个图像采用相同的缩放比例。图8中SP01、SP02和SP03测量点显示线性稳压器的温度。图9中的SP06显示ADP2114的温度，它比图9中显示的线性稳压器的温度低10～15℃。SP04显示AD9268的温度，该温度在两个图像中差不多。还需注意的是，图9中的总背景温度更高，一个串联阻塞二极管（未标注）正在处理更高的热负载。
图8 采用线性电源的AD9268评估板的散热图像
图9 采用ADP2114电源的AD9268评估板的散热图像
电路图详解
图10提供了开关稳压器的详细电路图，该稳压器被配置成在强制PWM模式下工作，通道设置为2A单独输出。通过在FREQ引脚和GND之间放置一个27kΩ的电阻，稳压器的开关频率被设置为1.2MHz差模电感。除了图中的电路之外，在开关和ADC之间还包含一个铁氧体磁珠，ADC电源引脚附近放置了标准的旁路电容。该设计可达到220μV的开关纹波，在ADP2114输出端的高频噪声低于6μV。AD9268附近加设的铁氧体磁珠和旁路电容将开关纹波降至300nV，并将ADC电源引脚处的噪声降至不到3μV。
图10 ADP2114电路配置
这里还提供了材料清单和布线信息。请注意，在布局中，开关电感L101和L102位于ADC和信号通道元件电路板的背面。这种布局有助于将这些电感和电路板顶部的元器电感器厂家件（特别是信号和时钟通道中的巴伦）之间的电压耦合降至最小。在采用开关转换器的布线中，需注意避免磁场或电场耦合。单片机应用系统硬件调试技巧在单片机开发过程中，从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。这样虽然可以降低系统成本，提高系统的适应性，但是每个系统的调试占去了总开发时间的2／3，可见调试的工作量比较大。单片机系统
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