高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的相位不平衡測試

使用高速ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)進行產(chǎn)品開發(fā)時，或者評估這些器件以便用于設(shè)計時，必須注意ADC的輸出諧波。ADC通常使用差分輸入，使共模噪聲和失真降至最低，但只有在平衡和對稱的情況下，這些輸入才能發(fā)揮最大效用?？梢允褂靡粋€由兩個RF信號發(fā)生器和一個振蕩器組成的測試系統(tǒng)，來測量差分不平衡對ADC輸入的影響。

　　當ADC的差分模擬輸入由于驅(qū)動錯相而變得不平衡時，器件輸出中的偶次階失真會提高。下面說明如何測量高速ADC的諧波性能，以便了解差分不平衡的影響。

　　1 測試設(shè)置

　　測試設(shè)置(如圖1所示)使用兩個RF信號發(fā)生器驅(qū)動2 MHz至300 MHz頻率范圍的ADC模擬輸入。必須使信號發(fā)生器的參考頻率彼此鎖定，這樣有助于限制相位隨時間變化而發(fā)生的非預期漂移。每個信號發(fā)生器的輸出均通過一個低通濾波器，低通濾波器連接到一個雙路低損耗分路器，從而可以利用示波器來觀察差分信號。各輸入端應(yīng)使用相同制造商和型號的低損耗分路器。為了使用ADC，需要一個評估板。此外，分路器前應(yīng)使用兩個相同制造商和型號的低通濾波器或帶通濾波器，以便限制來自信號發(fā)生器的寬帶噪聲。

　　圖1 用于測量相位不平衡的測試設(shè)置

　　一致的模擬信號路徑可以將測量誤差降至最小。分路器前后的電纜應(yīng)為同一類型并且長度相同。從信號發(fā)生器到分路器的電纜長度必須相同，這點很容易明白。分路器之后的電纜長度(連接到ADC和示波器)容易忽略，也需要相同的長度以保護測量結(jié)果。如果評估板上具有從連接點到ADC引腳的走線，則從分路器到示波器也必須復制相同長度的走線。因此，考慮到走線差異，從分路器到示波器的電纜長度可能需要略有不同。同等信號路徑可確保您在示波器上查看的信號能夠準確代表ADC模擬輸入引腳上的信號。

　　推薦方法似乎應(yīng)當是把示波器探頭引線直接焊接到ADC的模擬輸入端，以便獲得正確的長度匹配，但這種方法會增加ADC探測模擬輸入端的寄生電容和電感，引起測量波動。適當?shù)奶筋^結(jié)合電纜和分路器，可以將寄生電容和電感降至最低，從而在示波器上產(chǎn)生更干凈的信號。

　　務(wù)必使用適當帶寬的示波器，以便顯示差分模擬輸入測試頻率。注意隨時監(jiān)控各信號發(fā)生器，測試信號應(yīng)保持穩(wěn)定。可以使用示波器的數(shù)學功能來確保兩個信號具有正確的相位和幅度關(guān)系，即當差分輸入180°反相時，信號A + 信號B應(yīng)盡可能接近0 V。當然，隨著信號偏離180°，信號幅度之和應(yīng)增大，但無論相位如何偏移，都應(yīng)當能夠使用該信號。由此便可確定正確的相位參考點(180°反相)，從該點開始測試。

　　評估板需要一個干凈的時鐘信號。務(wù)必使用低相位噪聲的振蕩器或信號源，這樣才不會限制ADC的性能。ADI公司使用250 MHz Wenzel晶振和TTE 250 MHz帶通濾波器。圖2從左至右分別顯示的是示波器、濾波器和高速ADC評估板。

　　圖2 由示波器、低通濾波器和ADC評估板(從左至右) 組成的采樣時鐘設(shè)置

　　當ADC的模擬輸入與示波器不同相時，兩個信號之間的差分幅度不匹配會導致ADC輸入信號的基頻功率略有降低。應(yīng)使用FFT(快速傅里葉變換)監(jiān)控測試頻率在所有相位變化下的基頻電平。對幅度進行微調(diào)，確保ADC始終以相同的電平工作。基頻功率的差異會導致結(jié)果不準確，說明ADC由于相位和基頻功率變得不準確而表現(xiàn)不佳。

　　圖3顯示同一器件以相同頻率工作，并使用ADI公司Visual Analog軟件獲得的兩個FFT讀數(shù)。圖3a和圖3b分別突出顯示了當兩個輸入信號之間的相位差為0°(圖3a)和20°(圖3b)時的基頻幅度差異，圖3b中的二次諧波功率有所提高。

　　圖3 a) 當兩個輸入信號之間的相位差偏移20° (b)時， 二次諧波(標記為“2”)的功率提高