驱动 ADC 时如何最小化滤波器损耗

滤波在几乎所有通信系统中都扮演着重要的角色，因为去除噪声和失真会增加信道容量。设计一个只通过所需频率的滤波器是相当容易的。然而，在实际的物理滤波器实现中，通过滤波器会损失所需的信号功率。这种信号损失会为模数转换器(ADC) 噪声系数贡献分贝。

更糟糕的是，驱动 ADC 的放大器会在滤波器损耗的倍数处产生失真。例如，如果滤波器有 7dB 的损耗，则放大器需要将信号驱动 7dB。这将导致二阶产品的电平高出 7dB;三阶产品会差14dB。其中一些失真产物(尤其是互调)无法被滤除，因此将滤波器损耗保持在最低水平对系统性能至关重要。

图 1：典型信号链

选择系统组件也是系统设计的关键部分。表 1 显示了一些 ADC，以及它们的输入规格以及 ADC 与典型 2Vpp 放大器输出信号之间可接受的损耗量的估计值。表中显示的“允许滤波器损耗”是一个任意规格，但它有助于选择理想的滤波器拓扑。

表1 ：ADC 输入参数

过滤器损失的来源

有两种类型的滤波器损耗：与滤波器组件直接相关的损耗和与将滤波器集成到系统中相关的损耗。滤波器元件损耗几乎都是由寄生电阻造成的。为了减少元件损耗，请尽量减少滤波器元件的等效串联电阻 (ESR)。

虽然滤波器组件在理想情况下没有损耗，但与将滤波器集成到系统相关的损耗更为复杂。滤波器设计为具有输入和输出阻抗，这通常需要电阻器来提供宽带阻抗匹配，如图 1 所示。这些匹配电阻器对系统电压增益造成 6dB 的损耗。

参考测量是另一个关键考虑因素。虽然 RF 系统通常围绕功率水平设计，但几乎 100% 的可用 ADC 采样电压而不是功率。出于这个原因，ADC 驱动放大器和 ADC 之间的损耗通常以分贝伏特而不是分贝功率来指定。这可能会令人困惑，但它很重要——因为它是 ADC 测量中显示的电压损失。请注意，3dB 的功率损失相当于 6dB 的电压损失。

阻抗变换

由于 ADC 采样的是电压而不是功率，因此可以将滤波器用作电压增益电路。这是可能的，因为电压和阻抗对于给定的功率水平是成比例的。图 2 所示的原理图给出了一个示例，该示例使用低阻抗输入和高阻抗输出，通过使用滤波器提高电压来降低整体损耗。图 3 显示了结果。电压损耗下降2.5dB。这种方法在 ADC 输入阻抗为 200Ω 或更高时效果最佳。查看表 1，该方法适用于我们的 16 位、1-GSPS、双通道 ADS54J60 和 16 位、370-MSPS、双通道 ADC16DX370。

图 2：具有不同阻抗比的滤波器

图 3：不同阻抗比的滤波器响应

降低滤波器的驱动阻抗

如果 ADC 的差分输入阻抗低于 200Ω，增加滤波器的端接电阻将无法正常工作。相反，请尝试降低滤波器的驱动阻抗，如图 4 所示。再次查看表 1，此方法适用于 ADC16DX370 或 ADC12J4000。

在图 4 所示的第二个电路中，从图 1 中移除 40Ω 电阻会降低驱动阻抗，从而将放大器的 10Ω 内部电阻作为驱动阻抗。这会降低滤波器损耗，但会影响滤波器频率响应。图 5 具有正确终止和不匹配的滤波器响应的频率响应图。

使用低通滤波器，我们可以调整滤波器转角频率以恢复丢失的带宽，但使用带通滤波器则更加困难。通带平坦度和邻道抑制都会因驱动阻抗不当而受到影响。

图 4：具有不同驱动阻抗的滤波器

图 5：不同驱动阻抗的结果

结论

降低滤波器电抗元件的 ESR 损耗并调整其驱动和端接阻抗有助于在驱动 ADC 时管理信号损耗。ADC 的输入阻抗限制了滤波器的端接阻抗，因此仔细选择 ADC 至关重要。如果我们需要这方面的指导，请在高速数据转换器论坛或高速放大器论坛中发布我们的需求。我们的专家可以推荐一款非常适合我们的系统设计的 ADC，并在我们开始后回答问题。