如何减少高速 ADC 系统中的数字反馈

消除模数转换链路中的数字反馈可能是一个挑战。在把数字输出与模拟信号链路及编码时钟隔离开来的板级设计过程中，即使在极为谨慎的情况下，模数转换器（ADC）输出频谱中也有可能观察到某些数字反馈的现象，从而导致转换器动态范围性能的下降。 在高速ADC（模数转换器）系统中，数字反馈是一个重要的设计挑战，它可能导致ADC的动态范围性能下降。数字反馈的产生可能源于多种原因，如容性耦合、地电流和波导效应。即便是微小的反馈因素也可能在ADC输出频谱中引入不必要的频率成分，尤其是在处理低信号电平的情况下，其影响尤为显著。 ADC在接收到1LSB级别的微弱信号时，由于其内部增益极高（例如120dB），任何反馈都会产生大量的输出功率，导致输出噪声层的形状变化或噪声层升高。对于积分噪声性能的影响可能较小，但在严重情况下，噪声层的局部可能会提升20dB，对信噪比（SNR）造成显著损失。在低信号电平下，失调电压的大小会影响数字反馈的表现，大的失调电压可以消除反馈。而在高信号电平，数字反馈虽然不那么突出，但仍可能降低SNR。 确定是否存在数字反馈的一种方法是通过引入或移除失调电压来观察SNR的变化。如果在低信号电平时引入失调电压能改善SNR，那么可能就存在数字反馈的问题。 数字反馈在频谱上的表现可能是多样的，如2阶和4阶谐波，特别是在高信号电平与编码时钟耦合时。在某些情况下，低频反馈可能导致噪声层出现“零点”，这些零点的位置提供了反馈来源的线索。复杂系统中，多个反馈机制可能同时作用，产生更加复杂的噪声层结构。 良好的设计实践，包括合理布局，可以有效地控制数字反馈。例如，避免长的输出总线、低特性阻抗布线和沉重的容性负载，可以减小输出级的脉冲电流。降低数字输出电压摆幅可以降低耦合回模拟电路的噪声。此外，确保电源轨到输出部分的阻抗足够低，避免跨地回路的信号干扰，以及对称处理模拟和时钟输入，都有助于减少数字反馈。 在系统级设计中，选择合适的滤波器，如高阶滤波器或表面声波（SAW）滤波器，可以有效地控制反馈行为。同时，注意电源的旁路电容和接地设计，确保良好的接地连接，避免接地反弹，都是减小数字反馈的关键。 减少高速ADC系统中的数字反馈是一个需要综合考虑器件特性、系统设计、电源管理和布局优化的复杂任务。理解反馈来源并采取适当的措施来抑制反馈，是提高ADC性能和系统整体稳定性的重要步骤。