14位125MSPS四通道ADC，通过后端数字求和增强SNR性能 - 全文

　　电路功能与优势

　　图1所示电路是14位、125 MSPS四通道ADC系统的简化图，该电路使用后端数字求和将信噪比（SNR）从单通道ADC的 74 dBFS提升到四通道ADC的78.5 dBFS。这项技术特别适合要求高SNR（如超声和雷达）的应用，并且利用了现代高性能、低功耗、四通道流水线式ADC。

　　该电路使用了非相关噪声源在方和根（rss）基础上相加，而信号电压在线性基础上相加的基本原理。

　　图1. 四个并联ADC求和得到更高SNR的基本框图

　　电路描述

　　每个ADC的输入由信号项（VS）和噪声项（VN）组成。将四个噪声电压源求和可得到总电压 VT， 它是四个信号电压加上四个噪声电压方和根的线性和，例如：

　　由于VS1 = VS2 = VS3 = VS4，信号可有效地乘以4，而转换器噪声——具有等效rms值——仅乘以2，因此信噪比以系数2增加，即6.02 dB。所以，6.02 dB的SNR增量是将四个类似信号求和所引起的一个额外的有效分辨率位的结果。由于 SNR（dB） = 6.02N + 1.76 dB，其中N为位数，从而

　　表1显示将多个ADC输出求和得到的SNR理论值。为方便起见，显然应选择将四个ADC求和。某些关键情况下可能需要更多的ADC求和，但具体取决于其他的系统规格（包括成本）和可用的电路板空间。

　　14位ADC的理想SNR是（6.02 × 14） + 1.76 = 86.04 dB AD9253 数据手册指定的典型SNR为74 dB，但其产生的ENOB为12位。

　　图1所示电路集成无源接收器前端，由四个模拟输入通道组成，采用器件为14位、125 MSPS四通道模数转换器 AD9253 。

　　该电路接受单端输入，并通过双平衡配置中两个阻抗比为 1:1的宽带宽（3GHz） M/A-COM ETC1-1-13巴伦将输入转换为差分信号，如图2所示。

　　图2. 输入模拟求和网络

　　所有四个ADC输入均在巴伦配置的次级侧相连。电路中无增益，每个模拟输入对都有简单滤波功能，减少可能反馈至邻近ADC通道的残余反冲信号。

　　通过ADC的全差分架构提供良好的高频共模抑制性能，因此求和时非相关噪声源最小，产生78.5 dBFS SNR和85dBc SFDR性能（第一奈奎斯特频带内，以125MSPS采样时0MHz 至62.5MHz）。整体电路带宽为65 MHz，通带平坦度为1dB。

　　为了获得最佳性能，采用双平衡巴伦法在频率范围内达到最佳的偶阶杂散性能。由于四个ADC的输入相连，维持平衡可能有一定难度，哪怕频率低于100 MHz。

　　使用66Ω差分端接电阻端接巴伦配置的次级侧。选择66 Ω有助于减少四个转换器输入阻抗并联组合的损耗，同时最大程度降低变压器次级侧对初级侧的损耗，获得从初级侧看来大约50Ω的总阻抗。

　　此设计中采用了铁氧体磁珠，有助于降低电路板布局以及四个未缓冲并联ADC通道引起的寄生容性负载的影响。磁珠可减少来自每个ADC输入通道的反冲，从而保持了整体带宽。

　　10Ω串联电阻具有双重作用。首先，它们驱动ADC输入滤波器（2pF共模和5pF差分）；其次，它们起到减少来自每个 ADC反冲的作用。有关反冲充电和未缓冲ADC架构的更多信息，请参见应用笔记AN-742。

　　表2总结了系统的测量性能，其中−3 dB带宽为67 MHz。网络的总插入损耗约为3dB，因此需要+13dBm的输入驱动能力，以便为ADC的输入提供满量程2Vp-p差分信号。