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这不是魔法!——射频采样ADC输入保护

上网日期: 2015年08月11日 ?? 作者: Umesh Jayamohan ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:射频采样ADC? ADC? CMOS工艺?

简介

任何高性能模数转换器(ADC),尤其是射频采样ADC,输入或前端的设计对于实现所需的系统级性能而言很关键。很多情况下,射频采样ADC可以对几百MHz的信号带宽进行数字量化。前端可以是有源(使用放大器)也可以是无源(使用变压器或巴伦),具体取决于系统要求。无论哪种情况,都必须谨慎选择元器件,以便实现在目标频段的最优ADC性能。

射频采样ADC采用深亚微米CMOS工艺技术制造,并且半导体器件的物理特性表明较小的晶体管尺寸支持的最大电压也较低。因此,在数据手册中规定的出于可靠性原因而不应超出的绝对最大电压,将当前主流的射频采样ADC与之前的老器件相比,可以发现这个电压值是变小的。

在使用ADC对输入信号进行数字量化的接收机应用中,系统设计人员必须密切关注绝对最大输入电压。该参数直接影响ADC的使用寿命和可靠性。不可靠的ADC可能导致整个无线电系统无法使用,且更换成本也许非常巨大。

为了抵消过压带来的风险,射频采样ADC集成了可以检测高电平阈值的电路,允许接收机通过自动增益控制(AGC)环路调节增益来进行补偿。但是,如果采用流水线型ADC,则与架构相关的固有延迟可能导致输入暴露于高电平之下,从而可能损害ADC输入。本文讨论了一种简单的方法来增强AGC环路,保护ADC。

输入架构

射频采样ADC可采用多种不同的设计,最常见的一种是流水线架构,该架构采用多级级联,将模拟信号转换为数字信号。第一级最重要,可以是缓冲或未缓冲级。选择哪种设计取决于设计要求和性能目标。例如,一个带缓冲器的ADC通常在频率范围内具有更好的SFDR性能,但功耗比不带缓冲器的ADC更高。

前端设计同样会根据ADC是否有缓冲级而改变。没有缓冲器的ADC需要使用额外的串联电阻来处理输入电荷反冲,它同样会改善SFDR性能。图1和图2显示了AD9625未缓冲和AD9680缓冲射频采样ADC的等效输入电路简化图。为简明起见,仅显示单端输入。

这不是魔法!——射频采样ADC输入保护(电子工程专辑)
图1. 未缓冲射频采样ADC输入的等效电路

这不是魔法!——射频采样ADC输入保护(电子工程专辑)
图2. 缓冲射频采样ADC输入的等效电路

无论采用何种架构,ADC输入端可持续的绝对最大电压由MOSFET能够处理的电压决定。缓冲输入更复杂,且比未缓冲输入功耗更大。ADC具有多种不同类型的缓冲器,最常见的一种是源极跟随器。

第二页:故障机制

第三页:使用TVS二极管保护ADC输入

第四页:使用肖特基二极管保护射频采样ADC输入


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