Spínaný zdroj a rušení A/D převodníku


Inženýři se většinou domnívají, že spínaný zdroj může snížit výkon A/D převodníku, proto obvykle preferují lineární stabilizátor s nízkým úbytkem napětí (LDO - low dropout) před spínaným zdrojem, ale tato představa není zcela správná. LDO stabilizátory mají menší zvlnění a šum, ale současné studie ukazují, že účinné spínané zdroje mohou být použity v některých A/D konstrukcích za předpokladu, že návrhář rozumí topologii, užívá praktické zkušenosti a dbá na nutnou prevenci.

Prvně si vyberte převodník a potom vybírejte správný spínaný zdroj. Ne každý se vám bude hodit. V katalogu vyhledejte šum, zvlnění zdroje a jeho spínací frekvenci. Typický zdroj může mít šum okolo 10 μV rms ve 100kHz pásmu. Za předpokladu bílého šumu je to ekvivalentní šumové hustotě 31,6 nVrms/√Hz ve frekvenčním pásmu, které nás zajímá.

Poté zkontrolujte, jaké je u převodníku potlačení šumu napájecího napětí (PSR - power supply rejection), abyste zjistili, kde bude výkonnost převodníku nižší kvůli šumu napájení. 60 dB (1 mV/V) je typická hodnota vysokorychlostních převodníků pro první Nyquistovu zónu.

Při použití 16-bitového ADC se vstupním rozsahem 2 Vpp, s potlačením šumu (SNR) 78 dB a vzorkováním 125 MSPS je šumový práh 11,26 nV rms. Šum z jakéhokoliv zdroje musí být menší, aby ho převodník nezaregistroval. V první Nyquistově zóně Fs/2, šum převodníku bude 89,02 μV rms (11,26 nVrms/√Hz x √(125 MHz/2)). I když šum zdroje 31,6 nVrms/√Hz) je více než dvojnásobný než u převodníku, nezapomeňte započítat  60-dB potlačení šumu převodníku, což potlačí šum zdroje na 31,6 pVrms/√Hz (31,6 nVrms/√Hz x 1 mV/V). Tento šum je mnohem menší než prahová úroveň šumu převodníku, takže šum zdroje neznehodnotí výkonnost převodníku.

Rovněž důležitá je filtrace napájení, zemnění a rozvržení součástek. Přidáním 0,1 μF kondenzátorů k napájecím pinům ADC se šum zredukuje ještě níže než při výše zmíněném výpočtu. Jednoduchý LC filtr na výstupu napájecího zdroje by také fungoval, ale kaskádový filtr potlačí šum zdroje ještě více. Pamatujte, že přibližně 20 dB na dekádu se získá na každém přidaném stupní. Napájení těsně u zemní vrstvy (vzdálenost < 4 mil) může z podstaty přidat vf oddělení na desce plošných spojů. Nakonec, dobré fyzické rozmístění součástek je klíčové; oddělte citlivé analogové obvody od spínaných prvků.

V případě dotazů či pomoci s konstrukcí se obraťte na naše aplikační inženýry.


ZDROJ: Analog Devices, Rarely Asked Question, Issue 55: http://www.analog.com/en/analog-to-digital-converters/ad-converters/products/RAQ_Taming_ADCs_Issue55/resources/faq.html?display=popup