轉(zhuǎn)換器輸入阻抗計(jì)算方法及測(cè)量技巧

　　測(cè)量轉(zhuǎn)換器的阻抗需要兩塊電路板、一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)分析儀和一點(diǎn)“入侵”知識(shí)。第一塊板焊接有ADC/DUT（待測(cè)器件），還焊接了其它元件以提供偏置和時(shí)鐘（圖3a）。第二塊高速ADC評(píng)估板去除了前端電路，僅留連至轉(zhuǎn)換器模擬輸入引腳的走線（圖3b）。

　　圖3： ADC的阻抗測(cè)量需要一塊ADC評(píng)估板（a）且要將（a）中的前端去掉以用于測(cè)量（b）。

　　第二塊板除去了拆掉的前端電路的任何走線寄生效應(yīng)。為此，必須使用與圖3b所示一模一樣但沒(méi)焊裝器件的電路裸板（圖4a）。然后切割該裸板，只剩下前端電路走線進(jìn)入ADC的模擬輸入引腳的那部分（圖4b）。

　　圖4： 為去掉被剝離的前端電路的導(dǎo)線寄生效應(yīng)，應(yīng)使用圖3b所示的未焊件裸板（a）。該板的一個(gè)剪切版只允許前端電路導(dǎo)線連接到ADC的模擬輸入引腳（b）。

　　需要在轉(zhuǎn)換器的引腳處安裝一個(gè)連接器（通常會(huì)有足夠的銅來(lái)完成這一任務(wù)）。在此階段可發(fā)揮創(chuàng)造性以保證該連接器的牢固連接。通常，ADC的裸露焊盤(pán)（epad）可用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器本身到地的連接。假設(shè)前端電路的兩條差分走線相等且對(duì)稱，那么只需要使用其中的一條走線。該板用于實(shí)現(xiàn)“通過(guò)”測(cè)量，最后將從焊有器件電路板的測(cè)量結(jié)果中減去前一測(cè)量結(jié)果。

　　下一步是對(duì)剪切后的小裸板（圖4b所示的第二塊板）實(shí)施“通過(guò)”測(cè)量，以測(cè)量S21（圖5）。這個(gè)文件（應(yīng)以touchstone格式或？.S2P文件形式保存）將成為去嵌入文件，用以從焊有器件的板中剔除所有走線寄生效應(yīng)。

　　圖5： 圖4b所示剪切板的去掉前端電路后的導(dǎo)線阻抗。

　　然后只需以差分配置將焊件板（圖3b所示的第一塊板）連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀。應(yīng)為該板提供電源和時(shí)鐘，以確保能捕捉到測(cè)量過(guò)程中轉(zhuǎn)換器內(nèi)部前端設(shè)計(jì)的任何寄生變化。

　　焊件板“上電”后，轉(zhuǎn)換器看起來(lái)像是在典型應(yīng)用中。在此測(cè)量中，將先前在切割裸板的各端口（各模擬輸入走線）上測(cè)得的板寄生效應(yīng)（圖6）去掉。最終將從當(dāng)前ADC測(cè)量結(jié)果中減去板寄生效應(yīng)，僅在圖中顯示封裝和內(nèi)部前端阻抗（圖7）。

　　圖6： 這條曲線說(shuō)明了沒(méi)去掉前端電路寄生效應(yīng)的ADC阻抗。

　　圖7： 這條曲線說(shuō)明了去掉前端電路寄生效應(yīng)的ADC的阻抗。

　　轉(zhuǎn)換器輸入阻抗計(jì)算：數(shù)學(xué)方法

　　現(xiàn)在我們通過(guò)數(shù)學(xué)方法分析一下，看花在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量上的時(shí)間是否值得?？蓪?duì)任何轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部輸入阻抗實(shí)施建模（圖8）。該網(wǎng)絡(luò)是表述跟蹤模式下（即采樣時(shí)）輸入網(wǎng)絡(luò)交流性能的一個(gè)良好模型。

　　圖8： 跟蹤模式（實(shí)施采樣時(shí)）下，ADC內(nèi)部輸入網(wǎng)絡(luò)的AC性能。

　　ADC internal input Z：ADC內(nèi)部輸入阻抗

　　通常，任何數(shù)據(jù)手冊(cè)都會(huì)給出某種形式的靜態(tài)差分輸入阻抗、以及通過(guò)仿真獲得的R||C值。本文所述方式所用的模型非常簡(jiǎn)單，目的是求出高度近似值并簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)計(jì)算。否則，如果等效阻抗模型還包括采樣時(shí)鐘速率和占空比，那么很小的阻抗變化就可能使數(shù)學(xué)計(jì)算變得異常困難。

　　還應(yīng)注意，這些值是ADC內(nèi)部電路在跟蹤模式下采樣過(guò)程（即對(duì)信號(hào)進(jìn)行實(shí)際采樣）中的反映。在保持模式下，采樣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，輸入前端電路與內(nèi)部采樣處理或緩沖器隔離。

　　推導(dǎo)該簡(jiǎn)單模型（圖8）并求解實(shí)部和虛部：

　　Z0 = R， Z1 = 1/s ? C， s = j ? 2 ? π ? f， f = frequency

　　ZTOTAL = 1/（1/Z0 + 1/Z1） = 1/（1/R + s ? C） = 1/（（1 + s ? R ? C）/R）） = R/（1 + s ? R ? C）

　　代換s并乘以共軛復(fù)數(shù)：

　　ZTOTAL = R/（1 + j ? 2 ? π ? f ? R ? C） = R/（1 + j ? 2 ? π ? f ? R ? C） ? （（1 – j ? 2 ? π ? f ? R ? C）/（1 – j ? 2 ? π ? f ? R ? C）） = （R –j ? 2 ? π ? f ? R2 ? C）/（1 + （2 ? π ? f ? R ? C）2）

　　求出“實(shí)部”（Real）和“虛部”（Imag）：

　　ZTOTAL = Real + j ? Imag = R/（1 + （2 ? π ? f ? R ? C）2） + j ? （–2 ? π ? f ? R2 ? C）/（1 + 2 ? π ? f ? R ? C）2）

　　Real = R/（1 + （2 ? π ? f ? R ? C）2） Imag = （–2 ? π ? f ? R2 ? C）/（1 + （2 ? π ? f ? R ? C）2）

　　這一數(shù)學(xué)模型與跟蹤模式下的交流仿真非常吻合（圖9和圖10）。這個(gè)簡(jiǎn)單模型的主要誤差源是阻抗在高頻時(shí)的建立水平。注意，這些值一般是通過(guò)一系列仿真得出的，相當(dāng)準(zhǔn)確。

　　圖9： 顯示的是轉(zhuǎn)換器輸入阻抗曲線的“實(shí)部”部分，它比較了經(jīng)測(cè)量、數(shù)學(xué)和仿真方法得到的結(jié)果。

　　圖10： 顯示的是轉(zhuǎn)換器輸入阻抗曲線的“虛部”部分，它比較了經(jīng)測(cè)量、數(shù)學(xué)和仿真方法得到的結(jié)果。

　　現(xiàn)在討論圖9和圖10所示的測(cè)量結(jié)果。所有三條曲線并不完全重合，但很接近，這是因?yàn)槟承y(cè)量誤差總是存在的，而且仿真可能并未考慮到轉(zhuǎn)換器的所有封裝寄生效應(yīng)。因此，一定程度的不一致是正常的。盡管如此，這些曲線在形狀和輪廓方面都很相似，相當(dāng)近似地給出了轉(zhuǎn)換器的阻抗特性。

　　注意，網(wǎng)絡(luò)分析儀只能在其特征阻抗標(biāo)準(zhǔn)乘/除10倍的范圍內(nèi)提供可信的測(cè)量結(jié)果。如果網(wǎng)絡(luò)分析儀的特征阻抗為50Ω，那么只能在5Ω到500Ω的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)令人滿意的測(cè)量。這也是數(shù)據(jù)手冊(cè)中更愿意列出簡(jiǎn)單R||C值的原因之一。