有效降低整個ADC信號鏈路功耗的設計指要
發布時間:2013-05-07 責任編輯:felixsong
【導讀】在ADC領域,市場需求可以總結為為數很少的幾個重要要求:最低功耗、最低噪聲、最低失真、最高分辨率、串行接口、更高的通道集成度和更寬的帶寬。為降低功耗,淩力爾特SAR ADC使用數字增益壓縮(DGC),這種方法去掉驅動器放大器的負電源,同時ADC的分辨率一點都不損失。消除負軌降低了信號鏈路的總體功耗,並簡化了設計。
在ADC領域,市場需求可以總結為為數很少的幾個重要要求:最低功耗、最低噪聲、最低失真、最高分辨率、串行接口、更高的通道集成度和更寬的帶寬。低功耗不僅在基站等始終保持接通的係統中很重要,在空氣流動有限或根本沒有空氣流動、以及排列緊密的機箱中也很重要,對便攜式應用當然也重要。打盹和停機模式可以進一步降低功耗。在某些點上,降低ADC的功耗導致收益遞減,在這些地方,ADC驅動器比ADC本身消耗的功率還大。淩力爾特公司已經開發了新的方法,可用來降低整個信號鏈路的功耗。例如,延長SAR ADC的采樣時間,就可以使用穩定速度慢得多但功耗更低的驅動器。另一種僅在淩力爾特SAR ADC中使用的方法是數字增益壓縮(DGC),這種方法去掉了驅動器放大器的負電源,同時ADC的分辨率一點都不損失。消除負軌降低了信號鏈路的總體功耗,並簡化了設計。

圖示:淩力爾特低能耗SAR ADC
采樣速率與功耗:
由於淩力爾特的SAR ADC架(jia)構(gou)具(ju)備(bei)自(zi)動(dong)斷(duan)電(dian)功(gong)能(neng),所(suo)以(yi)功(gong)率(lv)隨(sui)采(cai)樣(yang)率(lv)線(xian)性(xing)變(bian)化(hua),因(yin)此(ci)器(qi)件(jian)采(cai)樣(yang)速(su)率(lv)越(yue)低(di),消(xiao)耗(hao)的(de)功(gong)率(lv)就(jiu)越(yue)低(di)。用(yong)一(yi)個(ge)沒(mei)有(you)最(zui)低(di)采(cai)樣(yang)率(lv)要(yao)求(qiu)的(de)真(zhen)正(zheng)無(wu)延(yan)遲(chi)SAR ADC,單次采樣操作可用來降低功耗,從而甚至在冗長的空閑周期之後,ADC也能進行準確的測量。
驅動輸入範圍對功耗影響:
減小ADC驅動器必須驅動的輸入範圍,也可以大幅降低信號鏈路的功耗。如果輸入範圍加倍,那麼噪聲指數就增大6dB,放大器所需的功率就提高4倍。就一個給定的驅動器而言,較小的ADC輸入範圍會產生較低的互調失真(IMD)分量。
較大的輸入範圍用來實現較高的ADC SNR性能,但是較大的輸入範圍未必產生較佳的輸入參考噪聲,這在紅外線、X射線成像、細胞分選儀等低功率、高(gao)準(zhun)確(que)度(du)應(ying)用(yong)中(zhong)是(shi)很(hen)重(zhong)要(yao)的(de)。人(ren)們(men)希(xi)望(wang)得(de)到(dao)低(di)輸(shu)入(ru)參(can)考(kao)噪(zao)聲(sheng),因(yin)為(wei)這(zhe)可(ke)以(yi)為(wei)應(ying)用(yong)提(ti)供(gong)好(hao)得(de)多(duo)的(de)有(you)效(xiao)分(fen)辨(bian)率(lv)或(huo)無(wu)噪(zao)聲(sheng)代(dai)碼(ma)分(fen)辨(bian)率(lv)。在(zai)對(dui)以(yi)下(xia)二(er)者(zhe)進(jin)行(xing)輸(shu)入(ru)參(can)考(kao)噪(zao)聲(sheng)比(bi)較(jiao)時(shi),出(chu)現(xian)了(le)有(you)趣(qu)的(de)結(jie)果(guo):一個是具備8Vp-p輸入範圍的16位10Msps SAR ADC,另一個是具備2.1Vp-p輸入範圍的淩力爾特16位20Msps流水線ADC。比較發現,後者在功耗幾乎為SAR ADC一半的情況下,輸入參考噪聲僅為46µVrms(而前者為75µVrms)。
較低功耗的ADC及ji其qi能neng降jiang低di信xin號hao鏈lian路lu總zong體ti功gong耗hao的de有you關guan功gong能neng為wei很hen多duo手shou持chi式shi產chan品pin帶dai來lai了le競jing爭zheng優you勢shi,使shi這zhe些xie產chan品pin的de電dian池chi在zai兩liang次ci充chong電dian之zhi間jian能neng運yun行xing更geng長chang時shi間jian。很hen多duo應ying用yong現xian在zai可ke以yi升sheng級ji,以yi利li用yong分fen辨bian率lv更geng高gao、采(cai)樣(yang)速(su)度(du)更(geng)快(kuai)的(de)器(qi)件(jian),同(tong)時(shi)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)的(de)總(zong)體(ti)功(gong)耗(hao)。這(zhe)簡(jian)化(hua)了(le)前(qian)端(duan)設(she)計(ji),所(suo)需(xu)的(de)增(zeng)益(yi)級(ji)更(geng)少(shao),濾(lv)波(bo)要(yao)求(qiu)也(ye)更(geng)低(di)。過(guo)采(cai)樣(yang)也(ye)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)一(yi)些(xie)較(jiao)低(di)速(su)率(lv)ADC可能發現不了的細節,例如重疊或畸形脈衝。已經從這種可用性能提高中受益的應用包括手持式測試設備、醫療成像、光譜儀、平版印刷、風速計、固態照明、工業傳感器、功率計和可編程邏輯控製器,等等。
相關閱讀:
ADC輸入轉換器典型電路原理分析
http://m.0-fzl.cn/power-art/80018756
詳解ADC需要考慮的交調失真因素
http://m.0-fzl.cn/power-art/80016579
詳解九項常被忽略的ADC技術指標
http://m.0-fzl.cn/gptech-art/80019079
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