ADC作為常用器件，在諸多設備中均有所使用。從市場行情來看，ADC將長久不衰。對于ADC，小編在上篇文章中介紹了如何保護RF采樣ADC的輸入。為增進大家對ADC的認識，本文將對該問題進行進一步探討。如果你對ADC具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

1.使用TVS二極管保護ADC輸入

有幾種方式可以保護ADC輸入不受高壓影響。部分ADC(特別是射頻采樣ADC)具有內置電路，可以檢測輸入電壓并在超過設定閾值時進行上報。如數(shù)據手冊中所述，該快速檢測輸出存在一些延遲，因此依然會使ADC輸入端短時間內暴漏于高壓之下。

瞬態(tài)電壓穩(wěn)定器(TVS)二極管可以限制過量電壓，但會在正常工作期間影響ADC性能。圖1顯示的是一個使用TVS二極管的過壓保護電路。

圖1. 帶TVS二極管保護的ADC前端電路

雖然TVS二極管通過箝位過量電壓保護ADC輸入，但它們會極大地惡化諧波性能。圖2顯示了具有30 MHz、–1 dBFS輸入的14位、250 MSPS無緩沖ADC的前端帶與不帶TVS二極管時的FFT比較情況。

圖2. 帶與不帶TVS二極管保護的ADC前端電路FFT比較

TVS二極管會極大地惡化奇次諧波性能，因為它們在不作用為箝位的時候就相當于一反向偏置二極管。該PN二極管具有結電容CJ0，該電容與ADC內部開關動作產生的非線性反沖電流互相作用，產生一個與模擬輸入信號混合的電壓信號。該混合信號在ADC內部被采樣，產生極大的三次諧波。在過壓條件下的時域曲線(圖3)顯示了TVS二極管的箝位削壓的功能。這并不表示TVS二極管不適合用來保護ADC輸入，只是必須仔細考慮二極管規(guī)格，以便達到性能要求。選擇二極管類型及其參數(shù)時必須作更全面的考慮。

圖3. 前端電路中的TVS二極管保護導致削波信號

2.使用肖特基二極管保護射頻采樣ADC輸入

當帶寬和采樣速率達到GHz和GSPS級別時，射頻采樣ADC可以簡化無線電接收機設計，因為它們不需要ADC前具有很多的混頻級，但這樣會讓ADC輸入易受過壓應力影響。圖4顯示的是用于射頻采樣ADC的典型前端設計，采用放大器驅動。新一代放大器專為與這些ADC實現(xiàn)接口而設計，具有快速攻擊響應輸入管教，可通過串行外設接口(SPI)配置，將輸出衰減為預定增益。快速攻擊響應引腳可以配置為響應射頻采樣ADC的快速檢測輸出。ADA4961是具有快速攻擊響應功能的新一代放大器實例。AD9680和AD9625是具有快速檢測功能的射頻采樣ADC實例。

圖4. 帶快速攻擊響應功能的放大器驅動帶快速檢測功能的射頻采樣ADC

只要輸入電壓處于合理的范圍之內，圖4中的拓撲便能工作良好。舉例而言，假如該接收機的輸入端收到突發(fā)高壓信號，則放大器的輸出將上升至放大器電源軌的電壓水平(本例中為5 V)。這將產生巨大的電壓擺幅，超過ADC輸入端的絕對最大額定電壓?？焖贆z測功能存在一定延遲(AD9680-1000為28個時鐘周期或28 ns)，因此等到快速檢測邏輯輸出告訴放大器置位快速攻擊響應時，ADC早已暴露在高壓下數(shù)個時鐘周期。這可能降低ADC的可靠性，因此無法承受這種風險的系統(tǒng)設計必須采用第二保護模式。具有極低器件和寄生電容的快速響應肖特基二極管在這種情況下十分管用。特定二極管的關鍵參數(shù)可參見數(shù)據手冊。

反向擊穿電壓(VBR)——AD9680輸入引腳上的最大輸入電壓——相對于AGND約為3.2 V，因此為該二極管選擇數(shù)值為3 V的反向擊穿電壓。

結電容(CJ0)——二極管電容應盡可能低，確保正常工作時二極管不影響ADC的交流性能(SNR/SFDR)。

圖5顯示的是無源前端，肖特基二極管位于ADC之前。無源前端比較容易演示肖特基二極管在不影響交流性能情況下對ADC輸入端的保護。

圖5. 顯示射頻采樣ADC和肖特基二極管的無源前端電路

這顆射頻采樣ADC經過測試可輸入高達2 GHz頻率的信號，因此選用RF肖特基二極管(RB851Y)。表2顯示RB851Y的關鍵參數(shù);表明該器件適合該應用。測試結果顯示二極管防止了ADC輸入電壓超過其3.2 V的絕對最大電壓(相對于AGND)。圖6顯示的是一個單端輸入(ADC的VIN+引腳)暴露在高壓之下(185 MHz)的情況。肖特基二極管將電壓箝位至3.0 V左右(相對于AGND)，防止ADC輸入達到3.2 V限值。圖7顯示的是在肖特基二極管箝位下的AD9680輸入端的差分信號。

表2. 用于保護射頻采樣ADC輸入的肖特基二極管關鍵參數(shù)

參數(shù) 數(shù)值 單位 注釋

反向電壓(VR) 3 V AD9680數(shù)據手冊中，絕對最大額定電壓值為VIN± = 3.2 V

端點之間的電容

(CJ0, 或Ct) 0.8 pF 正常條件下對ADC性能影響較小

圖6. 肖特基二極管箝位的單端ADC輸入

圖7. 肖特基二極管箝位AD9680差分輸入信號

下一步，我們測量正常工作性能。AD9680按照數(shù)據手冊中的建議進行控制，但輸入如圖5所示進行修改。模擬輸入頻率變化范圍為10 MHz至2 GHz。CJ0的超低數(shù)值應當不會對ADC的SNR和SFDR性能造成影響。

圖8. AD9680帶肖特基二極管保護時SNR/SFDR與模擬輸入頻率的關系

肖特基二極管根本不會影響SNR性能，但某些頻率下SFDR與預期值有所偏差，如圖8所示。這可能是由于差分信號失配或ADC反沖所導致的。評估板是從直流到2 GHz的寬頻段設計，因此當它在整個頻段內的整體工作良好時，某些元器件可能在特定頻率下與肖特基二極管相互作用。

大部分應用不會用到整個2 GHz頻段，因此可以通過修改過壓保護的輸入電路，將前端調諧至所需的目標信號帶寬。謹慎選擇肖特基二極管可以保護ADC輸入，因而系統(tǒng)設計人員可以使用具有最新快速攻擊響應功能和快速檢測功能的放大器驅動前端電路，如圖9所示。

圖9. ADA4961驅動AD9680(顯示射頻采樣ADC和肖特基二極管)

以上便是此次小編帶來的“ADC”相關內容，通過本文，希望大家對如何保護RF采樣ADC的輸入具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關注我們網站哦，小編將于后期帶來更多精彩內容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!