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(多图) 用开关电源给高速AD转换器供电的优缺点

ADI公司 Michael Cobb?? 2011年04月11日 ?? 收藏0

  ADC性能测量结果

  在每种电源配置情况下,转换器的性能都进行了测量,以确定采用开关电源时性能是否下降。SNR和SFDR(无杂散动态范围)则通过一组输入频率进行测量;结果如表1所示,采用线性稳压器与采用开关电源相比,SNR或SFDR性能未出现大的变化。

采用线性稳压器与采用开关电源相比

  开关稳压器可以异步工作,也可以与转换器的采样时钟同步而不影响转换器性能。同步可在应用中提供更多灵活性,这在应用中可能成为一个优势。

  FFT图谱

  图6和图7分别显示了采用线性电源与采用开关电源时,模拟输入频率为70MHz 的AD9268的FFT(快速傅立叶变换)图谱。

采用ADP1708线性电源的70MHz模拟输入

图6 采用ADP1708线性电源的70MHz模拟输入

采用ADP2114开关电源的70MHz模拟输入

图7 采用ADP2114开关电源的70MHz模拟输入

  效率测量结果

  表2显示每个电源解决方案所测得的效率。采用3.6V输入电压时,开关稳压器将效率提高了35%,功耗节省了640 mW。这里节省的功耗为单个转换器节省的功耗,在采用多个ADC的系统中,节省的功耗还将显著增加。

每个电源解决方案所测得的效率

  散热图像

  图8和图9显示了采用LDO电源与采用ADP2114时,电路板电源部分的散热差别。两个图像采用相同的缩放比例。图8中SP01、SP02和SP03测量点显示线性稳压器的温度。图9中的SP06显示ADP2114的温度,它比图9中显示的线性稳压器的温度低10~15℃。SP04显示AD9268的温度,该温度在两个图像中差不多。还需注意的是,图9中的总背景温度更高,一个串联阻塞二极管(未标注)正在处理更高的热负载。  

采用线性电源的AD9268评估板的散热图像

图8 采用线性电源的AD9268评估板的散热图像

采用ADP2114电源的AD9268评估板的散热图像

图9 采用ADP2114电源的AD9268评估板的散热图像

  电路图详解

  图10提供了开关稳压器的详细电路图,该稳压器被配置成在强制PWM模式下工作,通道设置为2A单独输出。通过在FREQ引脚和GND之间放置一个27kΩ的电阻,稳压器的开关频率被设置为1.2MHz。除了图中的电路之外,在开关和ADC之间还包含一个铁氧体磁珠,ADC电源引脚附近放置了标准的旁路电容。该设计可达到220μV的开关纹波,在ADP2114输出端的高频噪声低于6μV。AD9268附近加设的铁氧体磁珠和旁路电容将开关纹波降至300nV,并将ADC电源引脚处的噪声降至不到3μV。

ADP2114电路配置

图10 ADP2114电路配置

  这里还提供了材料清单和布线信息。请注意,在布局中,开关电感L101和L102位于ADC和信号通道元件电路板的背面。这种布局有助于将这些电感和电路板顶部的元器件(特别是信号和时钟通道中的巴伦)之间的电压耦合降至最小。在采用开关转换器的布线中,需注意避免磁场或电场耦合。 

ADP2114和AD9268的相对位置 

图11? ADP2114和AD9268的相对位置

材料清单

  结语

  本文论证了在仔细遵循设计实践技巧的情况下,模数转换器可以直接采用开关电源供电,而不会造成性能损失。与采用ADP1708线性电源相比,采用ADP2114开关电源供电时,转换器的性能未出现下降。而采用开关电源可将电源效率提高30%~40%,并且能大幅降低总功耗(甚至超过简单地选择较低功耗的转换器)。在许多系统中,这些器件都需要连续工作,因此采用开关电源可大幅降低运营成本,并且性能也不会出现下降。


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开关电源? AD转换器? ADP2114? LDO?

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