选择适合高频应用的高速ADC

ADC功能

鉴于多阵列设计是这种类型ADC的一种重要应用，ADC应该能够与阵列中的其它ADC匹配。因此增益、偏移和相位应具有调整功能。例如，下面描述的功能是非常理想的：

ADC增益控制：精调(±5%)，使用10位DAC(±0.5 LSB)

ADC偏移控制：精调(±5%)，使用10位DAC(±0.5 LSB)

ADC采样延时调整：30ps精调范围，10位DAC：30fs步距

这些功能还能用来交替多个12位ADC(用于增加实际采样率)。另外，在初始化过程中对齐多个通道的同步功能也很重要。这个功能还可以与触发功能共享，允许外部数字输入与模拟数据实现时间上的同步。

由于输出数据速率将接近内部FPGA的极限，一个重要功能是要能解复用(DMUX)这个数据，以引入更多输出端口的代价来降低数据速度。(EV12AS200提供1:2 DMUX解决方案)

另外一个重要功能是输入电压满刻度范围。ADC的谐波性能非常低，以致于输入驱动器上不良的杂散电平会严重影响系统性能。如果ADC能够接受低的输入电压，那么这个问题就能得以减轻。EV12AS200的输入电压范围是500mVpp。

设计考虑

时钟源和驱动系统的选择很重要，因为抖动是计算总噪声的一个主要因素。要想取得最优性能，100fs左右的抖动是比较理想的。这意味着源相位噪声为150dBc/Hz或以下，任何时钟缓冲器的附加抖动要远小于100fs。

PCB跟踪也是关键点，模拟跟踪应与源(或负载)匹配，才能取得接近1的VSWR。数字跟踪应匹配到100Ω阻抗，长度也要匹配到好于±2.5mm，以确保接口FPGA的摆率偏差不会太大。FPGA接口也是系统的一个复杂部分。为了实现高数据速率，可能需要扩展应用内部的串行/解串(SERDES)单元。

系统性能

系统性能可以通过后处理和实时技术进一步增强，比如积分非线性(INL)校正和使用高频振动(Dither)改善SFDR。

INL曲线形状对ADC的谐波性能有很大的影响。通过表征这个INL并使用接口FPGA中的查找表(LUT)可以最大限度地减小INL，从而提升SFDR性能。查找表校正是一种简单的减去或增加测量编码得到的INL值。使用这种技术对FPGA的规模影响很小，对吞吐量没有影响。在许多情况下，增加用于INL校正的查找表可以提高SFDR性能10dB。

向输入数据中增加带外噪声源也能改善SFDR性能。这可以是简单的一个经过低通滤波后的噪声发生器，通过使用多端口变压器将它增加到输入信号中。效果是在ADC输入范围内移动输入信号，有利于减少INL效应，并提高SFDR(见图4)。

图4：使用高频振动改善SFDR。

图4上半部分的频谱显示了没有附加抖动的谐波，下半部分图显示了带高频振动的谐波，可以看出杂散谐波有明显减小。

关于作者

Andrew Glascott-Jones是位于法国格勒诺布尔的e2v公司混合信号ASIC业务部应用工程师。Andrew在电子测量系统设计领域有近25年的丰富经验，包括：精密测量，粒子尺寸调整，X射线成像和激光光谱学。e2v公司的混合信号ASIC业务部门主要为汽车、工业和医疗市场中的传感器接口应用设计和提供定制IC。Andrew负责e2v公司提供的开发套件，并在ASIC开发阶段向客户提供帮助。这些套件提供了I.P.模块例子，有助于客户在设计周期早期展示概念验证，并高效的预先开发完整的ASIC。

参考文献

1. Dr; Carlo Kopp, “Assessing the Tikhomirov NIIP L-Band Active Electronically Steered Array “, Air Power Australia Analysis 2009-6 , 2009年9月.

2. M. Wingender et al? “12 Bit 1.5 GS/s L-Band ADC on 200 GHz SiGeC Technology” CIE雷达会议， 2011年10月成都

3. Bar-Giora Goldberg “The effects of clock jitter on data conversion devices” , RFDesign,2002年8月