技术问答系列专题之四：关于宽带ADC前端设计考虑(上)

高性能模数转换器(ADC)“前端”的输入配置设计对达到要求的系统性能至关重要 。优化总体设计取决于很多因素 ，包括应用性质、系统组成和ADC的结构。以下的问答主要节绍了使用放大器和变压器影响ADC前端设计的一些重要的实际考虑。

问：放大器和变压器根本区别是什么？

答：放大器是有源器件，而变压器是无源器件。放大器和其它所有的有源器件一样，消耗功率并且产生噪声；变压器不消耗功率并且产生的噪声可以忽略不计。两者都涉及到动态效应问题。

问：为什么选择放大器？

答：放大器的性能限制比变压器少。如果必须保持直流(DC)电平，就必须使用放大器，因为变压器是固有的交流(AC)器件。另外，如果需要，变压器可以提供电流隔离。放大器提供增益比较容易，因为放大器的输出阻抗实质上与增益无关。另一方面，变压器的输出阻抗与电压增益呈平方关系增加——电压增益取决于匝数比。放大器在通带范围内提供平坦的响应，而没有由于变压器寄生交互作用引起的纹波。

问：放大器通常产生的噪声有多大？如何减少这些噪声？

答：让我们考虑一个典型的放大器，例如ADA49371，如果设置增益G＝1，那么输出的噪声谱密度在高频部分是6 nV/√Hz，与此频带可比的采样速率为80 MSPS 的AD9446－82 ADC的输入噪声谱密度是10nV/√Hz。这里的问题是，放大器的噪声带宽等于ADC的全带宽(中心频率位于500 MHz)，而ADC的噪声又必须限制在第一奈奎斯特范区(40 MHz)。在没有滤波器的情况下，放大器的噪声有效值是155 ?Vrms，ADC的噪声有效值是90 μV。从理论上讲，总系统的信噪比(SNR)降低了6dB。为了从实验上证实这一点，用ADA4937驱动的AD9446-80测量的SNR结果是76 dBFS,本底噪声是－118dB(见图1)。如果改用变压器来驱动AD9446-80，测量SNR结果是82 dBFS。因此用放大器驱动ADC可将SNR降低6dB。

图1：使用没有噪声滤波器的ADA4937放大器驱动80 MSPS采样速率的AD9446-80 ADC。