АЦП является неотъемлемой частью любой системы, которая опирается на внешний (аналоговый) мир для сбора информации для (цифровой) обработки. От приемников связи и электронных тестовых измерений до военных и аэрокосмических, эти системы варьируются от приложения к применению. Развитие технологии кремниевой обработки (65 нм CMOS, 28 нм CMOS и т. Д.) Позволяет высокоскоростным АЦП перекрывать порог GSPS (гигаэмплов в секунду), обеспечивая при этом производительность 12 или 14 бит. Для разработчиков систем это означает более широкую полосу частот дискретизации для цифровой обработки. Из-за экологических и стоимостных соображений разработчики систем постоянно пытаются снизить общее энергопотребление. Как правило, производители АЦП рекомендуют использовать малошумящий регулятор LDO (с малым падением напряжения) для питания АЦП GSPS (или RF-выборки) для максимальной производительности. Однако этот тип сети передачи (PDN) неэффективен. Разработчики все чаще призывают использовать переключающие регуляторы для непосредственного питания АЦП GSPS без значительного снижения производительности АЦП.

 

Решение заключается в тщательном развертывании, размещении и маршрутизации PDN, чтобы гарантировать, что производительность АЦП не пострадает. В этой статье обсуждаются различия между линейными и импульсными источниками питания и показано, что использование АЦП GSPS в сочетании с преобразователями постоянного тока может значительно повысить энергоэффективность системы, не влияя на производительность АЦП. В этом документе рассматриваются характеристики АЦП GSPS с помощью комбинации сетей передачи и сравниваются стоимость и производительность.

 

Обычно рекомендуется использовать PDN, используемый АЦП GSPS.

 

АЦП с высокой пропускной способностью и высокой частотой дискретизации (или АЦП GSPS) могут иметь несколько областей питания (AVDD, DVDD и т. Д.). По мере уменьшения размера увеличивается не только область питания, но также увеличивается количество различных напряжений, необходимых для питания АЦП. Новый дизайн GSPS ADC имеет до семи различных доменов и три различных напряжения: 1,25 В, 2,5 В и 3,3 В.

 

«... АЦП GSPS используется в сочетании с преобразователем постоянного тока для значительного повышения эффективности энергопотребления системы без ущерба для производительности АЦП».

 

Растущая популярность этих доменов мощности и различных напряжений необходима для работы с этими частотами дискретизации. Они обеспечивают надлежащую изоляцию между различными областями цепей (выборка, тактирование, цифровая передача, сериализатор и т. Д.) При оптимизации производительности. Именно по этой причине производители АЦП разработали оценочные платы и рекомендовали подробные конструкции блоков питания, чтобы обеспечить максимальное снижение рисков и максимальную производительность.

 

Например, на рисунке 1 показана функциональная блок-схема PDN по умолчанию, используемого оценочной платой АЦП GSPS. Согласно спецификации Vita57.1, питание подается от разъема FMC (мезонинная карта FPGA).

 

Источники питания 12 В / 1 А и 3,3 В / 3 А. Преобразователь постоянного тока в постоянный используется для понижения напряжения до контролируемого уровня, так что LDO можно регулировать без входа в режим термического отключения.

Рисунок 1: PDN, используемый оценочной комиссией GSPS

 

Очевидно, что это дорогое решение с семью регуляторами LDO, по одному для каждого домена. Эта PDN может быть лучшей производительностью, но, безусловно, не самой экономичной. Разработчики систем считают, что развертывание системы с несколькими АЦП GSPS очень сложно.

 

Преобразователь постоянного тока в источник питания

 

PDN можно еще больше упростить, удалив один LDO, который питает домен 1,25 В. Это наиболее эффективное и экономичное решение. Сложность такого подхода заключается в обеспечении стабильности работы преобразователя постоянного тока, чтобы он не влиял на производительность АЦП. Одиночный преобразователь DC-DC управляет АЦП GSPS. PDN всех доменов 1,25 В показан на рисунке 2

Рисунок 2: Питание AD9680 с помощью преобразователя постоянного тока

 

Сравните разные PDN

 

Два PDN, обсужденные выше, были протестированы. На рисунке 3 показано сравнение характеристик SNR при использовании PDN, показанного на рисунках 1 и 2. В зоне Найквиста используются параметры, рекомендованные в технических данных.

Рисунок 3: Сравнение производительности PDN показано на рисунке 1 и рисунке 2

 

PDN, который питает область 1,25 В АЦП GSPS с использованием только преобразователя постоянного тока, показывает хорошую производительность на различных входных частотах. Это доказывает, что домены можно объединять и приводить в действие эффективным и экономичным способом без потери производительности АЦП.

 

Переключатель шпоры

 

В дополнение к шумовым характеристикам, из-за использования переключающих и магнитных компонентов, также должны быть проверены случайные компоненты развертывания преобразователя постоянного тока. На этом этапе было бы полезно использовать осторожные и аккуратные методы компоновки для уменьшения контуров заземления и отскока грунта. Существует много ресурсов, которые помогут измерить уровень шума при переключении. Боковая полоса излучает одну сторону основной волны, а частота смещения является частотой переключения (в данном примере 1,2 МГц). Фильтр на выходе преобразователя постоянного тока помогает уменьшить импульсные помехи, присутствующие в выходном БПФ, как показано на рисунке 4, где входная частота составляет 170 МГц.