具有斩波特性的新型ADC将让CMOS功耗更低-电源网

高速模数转换器这个名词在实际应用中可能不太多见，但提起ADC，你一定不会陌生。这一转换器产品在数控及工控领域的应用是非常常见。然而，目前很多工业应用中，却因为部分系统对噪声敏感的问题而无法充分利用先进的ADC产品。对此，TI所推出的一款具有新型斩波特性的ADC能够使CMOS的功耗更低，从而能够让工程师充分利用高速数模转换器完成设计。

之所以一些工控领域中无法全面充分的利用高精度ADC产品，是因为在这些系统的运行过程中，需要监视一个频率为数百千赫的小输入信号，以及其更小的谐波，它们对于高速数据转换器的1/f噪声或闪烁噪声非常敏感。下图中，图1是出现1/f噪声时的所需信号与其谐波。

图1 出现1/f噪声时的所需信号与其谐波

就目前国际市场范围内的ADC产品发展情况而言，高速数模转换器系列产品正在向更加精细、更加先进的处理参数发展。双极晶体管的1/f噪声转角大约为100kHz。对于CMOS晶体管来说，这个值大约为10MHz，或者更大。所以与双极晶体管相比，CMOS ADC的1/f噪声转角要差/高很多，并且与很多工业应用中使用的极低频率输入范围直接重叠在一起。

而TI所推出的全新ADC系列产品，即ADC3k系列，在其产品中均配备了一个内部斩波前端，可以有效克服噪声敏感障碍。

工作方式

在平时的产品研发和设计过程中，相信大多数工程师对于斩波这个名词并不陌生。具有斩波设计的电路在运行时能够将DC电压输入转换为一个可变DC输出电压。在现代的电子器件中，去掉周围有害噪声的各种不同开关电路都被归为斩波电路。

而这种具有斩波功能的ADC转换器，其内部斩波前端设置的主要思路在于，将1/f噪声传输为一个不同的频率范围，以此来远离靠近DC的输入信号。基本上其内部的斩波电路由一个无源混频器和某些数字逻辑电路组成。当系统正常运行时，无源混频器将采样刚刚开始前的输入频谱反转，而不是将1/f噪声移到较远的地方。因此它可以将低频输入信号转移到ADC那奎斯特区域的另一端。如下图图2中所示，采样后，数字混频器将频谱再次反转，将所有内容都变回到它们原来的位置上。

图2 ADC3244的斩波实现细节

运行特性

在下图图3分别通过图（a）和图（b）展示了斩波禁用、启用的10MHz输入信号，以及靠近DC的1/f噪声。下面我们结合这两张图进行具有斩波功能的ADC运行特性简析。从图3（a）中可以很明显的看到，在启用斩波特性后，输入信号在10MHz上保持不变，而低频1/f噪声现在被移动到Fs/2上的那奎斯特区域的另一端。

不过，与此同时我们也能够看到，这个ADC的斩波特性的确带来了一个额外的、有害的副产品。正如你在图3（b）的FFT曲线图中看到的那样，这个无源混频器在Fs/2还产生一个较大的杂散。这被称为本地振荡器（LO）馈通，其中的LO输入被耦合到输出频谱中。这个杂散，连同有害的1/f噪声，远离的我们所关心得频率范围。不过这并不是什么大问题，在平时的设计和仿真过程中，我们可以使用数字滤波器将二者全都消除。

（a）

（b）
图3

就此前业内所遵循的传统技术要求来看，在低频范围内需要极佳噪声性能的工业应用，很有可能只使用基于双极晶体管的高速ADC，二这些ADC提供最低的1/f噪声系统配置。此次TI所带来的斩波ADC是一个创新，它消除了CMOS转换器的这个内在缺点。增加斩波特性使得系统设计人员能够利用先进的、功耗低很多的CMOS数据转换器。