如何测量模数转换器中的电源抑制
为了避免电源噪声影响信号链模数转换器（adc）中的信号完整性，测量adc的电源抑制（psr）非常重要。本博文将重点介绍此测量所需的技术，并描述如何推导出adc的psr。
adc需要一个或多个电源，如果不采取预防措施，其灵敏度可能会影响adc的数据采集。电源灵敏度与时钟抖动问题无关，目前可以很好地理解。我们将仅以高速tiadc3444 adc为例，重点介绍本文中的电源灵敏度。的adc3444是一个四信道14位的125mbps adc设计用于高性能多通道应用。
从数据手册来看，adc3444具有两个不同的电源：1.8v模拟电源和1.8v数字电源。数据表提供了电气特性（第7.7节）部分和应用部分（第11节）中的以下信息。
在评估adc的性能时，adc具有成为自己的数字转换器的优势。我们感兴趣的是快速傅里叶变换（fft）会发生什么，同时将单音信号数字化并向adc电源引脚添加噪声音。为了简化，我们不会担心电源噪声，但会发出叠加在直流电源电压上的正弦波。我们可以使用功率放大器实现这种叠加，如图1所示。
图1：功率放大器简化原理图
请注意，dc增益设置为1v / v. 输出端使用小型隔离电阻，有助于防止由电容负载引起的放大器不稳定。
在这一点上，我们只关注在单一频率下测量adc的电源特性，为以后留下完整的psrr频率图。由于adc具有非常高的模拟带宽，因此我们期望模拟电源的psrr为高频 - 或至少超出设计电源时所关注的最大频率。对于adc3444，模拟输入带宽为540mhz。请注意，在电源引脚上添加任何旁路电容将改善高频下的测量psr，因为电容会绕过任何高频。
测试配置如图2所示，在模拟电源引脚（avdd）和数字电源引脚（dvdd）之间没有任何区别。为了隔离avdd和dvdd电源之间可能的相互作用，测量程序一次在单个电源上引入噪声音。每个电源的去耦遵循adc3444数据表的建议。十三个avdd引脚将使用0.1μf的x7r电容，总电流为1.3μf。同样，四个dvdd电源引脚每个都有0.22μf，dvdd电源总共为0.88μf。
图2：测试配置
图3显示了adc3444电源的结果。下面的每个图表都是模拟信号的快速傅里叶变换（fft）。fft是信号的分解，是正弦波的总和。简而言之，图表显示了信号的频率成分。因此，x轴是频率，y轴表示每个正弦波的幅度。在下面的示例中，我们使用100mhz时钟，从而获得50mhz的采集带宽。
馈入adc的信号为19.8mhz，幅度为-2dbfs（db低于满量程）。这在图3中示出，其是没有噪声音调的参考信号。
图3：adc3444 avdd参考fft
为了评估adc的psr，为每个电源设计了以下程序：
1-将放大器连接到被评估的电源[这里将是avdd或dvdd]
2-将直流电源连接到其他电源。[此直流电源是一种清洁电源，因其低噪声特性而被选中]
3-打开噪音并捕获fft。[已选择噪声音调，以最大限度地抑制被测电源引脚上的干扰，同时仍然符合电源容差。
图4显示了与adc相同的信号音，但这次在avdd电源引脚中增加了一个噪声音。由于所有其他条件相同，因此ftt上的任何降级都可以与avdd电源上的噪声音调相关联。
图4：adc3444 avdd响应100mvpp 1mhz正弦波叠加到1.8v
然后我们在dvdd电源引脚上重复相同的实验，并获得图5所示的图表。这次噪声音仅出现在dvdd电源上。
图5：adc3444 dvdd响应100mvpp 1mhz正弦波叠加到1.8v
请注意，对于avdd电源（图4），出现了三个额外的杂散：1mhz，18.8mhz和20.8mhz。随着噪声音调被添加到获取的频谱中，可以预期第一个音调。另外两个不需要的音调正好在右侧和左侧1mhz，与中心频率对称。
对于dvdd电源，图3和图5之间的唯一区别是1mhz的新杂散。
图6总结了马刺的位置。请注意，马刺的幅度旨在纯粹是描述性的而非定量的。
图6：avdd和dvdd电源的马刺位置
现在我们已经进行了初始测量，我们仍然需要解释它以便能够提取所需的psrr规范。100mv交流信号称为干扰信号，可确保其足够大，足以伸出adc本底噪声，同时又不会超过avdd和dvdd上的工作电压范围。
让我们使用图6和图7来帮助我们解释结果并将db低于满量程（dbfs）转换为psrr规范。假设基波幅度为-2dbfs。由于图7中的adc3444数据手册告诉我们0dbfs（或满量程）是2vpp，我们可以将dbfs转换为vpp。这可以通过下面的等式1来实现：
将此应用于-2dbfs基波，adc输入端的差分电压摆幅为：
我们现在可以将adc fft结果中的dbfs测量结果转换为可以与ac输入信号进行比较的信号，从而计算出adc电源的抑制程度。avdd电源上的100mv信号对-2dbfs信号的影响为-95dbfs。数据手册告诉我们0dbfs是2vpp（见图5），所以-95dbfs可以通过以下公式计算：
然后可以使用公式2计算psrr：
将数字插入等式2给出了psrr（电源抑制比），其中-2dbfs基本幅度和电源上的1mhz干扰信号。
图7：模拟输入电气特性
通过针对每个电源和多个频率重复此处描述的过程，可以轻松地为任何adc开发psr模型。请注意，psr模型包括推荐的旁路电容的影响。
这篇文章中的技术只是评估adc电源psr的第一步。接下来的文章将介绍如何使用此信息来表征adc电源并指导产品和外部元件选择。
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在评估adc的性能时，adc具有成为自己的数字转换器的优势。我们感兴趣的是快速傅里叶变换（fft）会发生什么，同时将单音信号数字化并向adc电源引脚添加噪声音。为了简化，我们不会担心电源噪声，但会发出叠加在直流电源电压上的正弦波。我们可以使用功率放大器实现这种叠加，如图1所示。
图1：功率放大器简化原理图
请注意，dc增益设置为1v / v. 输出端使用小型隔离电阻，有助于防止由电容负载引起的放大器不稳定。
在这一点上，我们只关注在单一频率下测量adc的电源特性，为以后留下完整的psrr频率图。由于adc具有非常高的模拟带宽，因此我们期望模拟电源的psrr为高频 - 或至少超出设计电源时所关注的最大频率。对于adc3444，模拟输入带宽为540mhz。请注意，在电源引脚上添加任何旁路电容将改善高频下的测量psr，因为电容会绕过任何高频。
测试配置如图2所示，在模拟电源引脚（avdd）和数字电源引脚（dvdd）之间没有任何区别。为了隔离avdd和dvdd电源之间可能的相互作用，测量程序一次在单个电源上引入噪声音。每个电源的去耦遵循adc3444数据表的建议。十三个avdd引脚将使用0.1μf的x7r电容，总电流为1.3μf。同样，四个dvdd电源引脚每个都有0.22μf，dvdd电源总共为0.88μf。
图2：测试配置
图3显示了adc3444电源的结果。下面的每个图表都是模拟信号的快速傅里叶变换（fft）。fft是信号的分解，是正弦波的总和。简而言之，图表显示了信号的频率成分。因此，x轴是频率，y轴表示每个正弦波的幅度。在下面的示例中，我们使用100mhz时钟，从而获得50mhz的采集带宽。
馈入adc的信号为19.8mhz，幅度为-2dbfs（db低于满量程）。这在图3中示出，其是没有噪声音调的参考信号。
图3：adc3444 avdd参考fft
为了评估adc的psr，为每个电源设计了以下程序：
1-将放大器连接到被评估的电源[这里将是avdd或dvdd]
2-将直流电源连接到其他电源。[此直流电源是一种清洁电源，因其低噪声特性而被选中]
3-打开噪音并捕获fft。[已选择噪声音调，以最大限度地抑制被测电源引脚上的干扰，同时仍然符合电源容差。
图4显示了与adc相同的信号音，但这次在avdd电源引脚中增加了一个噪声音。由于所有其他条件相同，因此ftt上的任何降级都可以与avdd电源上的噪声音调相关联。
图4：adc3444 avdd响应100mvpp 1mhz正弦波叠加到1.8v
然后我们在dvdd电源引脚上重复相同的实验，并获得图5所示的图表。这次噪声音仅出现在dvdd电源上。
图5：adc3444 dvdd响应100mvpp 1mhz正弦波叠加到1.8v
请注意，对于avdd电源（图4），出现了三个额外的杂散：1mhz，18.8mhz和20.8mhz。随着噪声音调被添加到获取的频谱中，可以预期第一个音调。另外两个不需要的音调正好在右侧和左侧1mhz，与中心频率对称。
对于dvdd电源，图3和图5之间的唯一区别是1mhz的新杂散。
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图7：模拟输入电气特性
通过针对每个电源和多个频率重复此处描述的过程，可以轻松地为任何adc开发psr模型。请注意，psr模型包括推荐的旁路电容的影响。
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