原创 为流水线ADC设计一个电源解决方案-第2部分

作者：Xavier Ramus

在本系列的第一篇文章中，我演示了DC/DC转换器对于流水线模数转换器 (ADC) 的信噪比 (SNR) 和无杂散动态范围 (SFDR) 的影响。在第二篇文章中，我将使用之前文章中的分析结果来实现一个真实环境中的电源解决方案，这个解决方案在优化解决方案尺寸和效率的同时，将最大限度地减少SNR和SFDR性能下降。

在题为“ADC电源的噪声需求”的文章中，我讨论了电源的最小热噪声需求。经计算，我得出5µV_RMS 的最大可接受均方根 (RMS) 噪声值不会使ADS3444 SNR（值为-73.9dB）下降超过0.1dB，或者在考虑整个那奎斯特频带时，如果0.9dB的下降是可以接受的话，那么最大可接受均方根 (RMS) 噪声值可以达到20µV_RMS。

这就得出了表1中的LDO选型结果。

表1：LDO选型

我选择TPS54120 DC/DC转换器来生成中间电压轨。需要注意的是，TPS54120是一款将TPS54320 DC/DC转换器与TPS7A8001低压降稳压器 (LDO) 集成在一起的器件。正因如此，当我提到TPS54320时，指的是DC/DC转换器本身，而TPS54120是指这个集成解决方案。

从噪声、电源抑制 (PSR)、输出电流、成本和解决方案角度来看，最好的备选器件是TPS7A8001和TPS74701。P类型金属氧化物半导体 (PMOS) TPS7A8001将具有最佳的电源抑制比 (PSRR) 技术规格，而TPS747将具有最低的压降电压。这两个解决方案均由TPS54120 DC/DC转换器来驱动，在图1至7中，它们的名称分比为TPS54320 + TPS747和TPS54120。

我在-2dBFS，19.8MHz单频率信号，并且将削波和抖动禁用的情况下对ADS3444进行了评估。

图1：开发的完整解决方案

图1中开发出的解决方案使用LDO来为ADC提供尽可能好的PSR。为了使用单个LDO，我插入了铁氧体磁珠来尽量减少DVDD与AVDD电源之间的串扰。图2和3分别显示的是TPS54120紧凑解决方案与TPS54320 + TPS747解决方案的方框图。

图2：TPS54120紧凑解决方案

图3：TPS54320 + TPS747解决方案

两个解决方案在它们的实现方式上很相似。主要区别不在于LDO输入或输出电压方面，而在于所使用的LDO类型。两种LDO具有相似的噪声，但是架构和输出电流能力却不同。TPS54120 LDO是一款PMOS LDO，电流输出能力1A，而TPS747是一款输出电流驱动能力为500mA的N类型MOS (NMOS) LDO。虽然我没有在这里使用它，不过与我所选择的器件相比，TPS747能够以低很多的压降电压运行，从而极有可能增加总体解决方案效率。

总的来说，这两个解决方案的性能都不错。为了评估不同解决方案之间的PSR差异，我查看了无负载（除了ADC）和2A负载下得出的快速傅里叶变换 (FFT) 结果，而这也是对ADC电流的第一要求。只有DC/DC转换器出现额外负载。

图4显示的是后面接有低噪声、500mA TPS74701 LDO 的TPS54320的FFT。我选择这款LDO稳压器的原因在于，这款器件能够实现最低压降电压，从而最大限度地降低了系统功耗。

图4：TPS54320 + TPS747解决方案

图5显示了DC至5MHz频带，以及19.8MHz频率附近频带的详细情况。

图5：TPS54320 + TPS747解决方案详细情况

对于大多数尖峰脉冲，驱动2A负载的DC/DC转换器将使ADC尖峰脉冲性能下降大约5dB，而这个转换器也会使DC/DC开关频率性能下降18dB。现在，我们来看一看图6中性能更高、更加紧凑的TPS54120解决方案。

图6：紧凑TPS54120解决方案

在DC至5MHz频率频带范围，以及19.8MHz信号的频带周围，2A负载对性能的负面影响要小于之前的解决方案；请见图7。

图7：紧凑TPS54120解决方案详细信息

在这个系列中，我解释了如何测量ADC的PSR，从DC/DC转换器的过热和开关噪声问题和LDO的此类问题，直到后置滤波策略，并最终设计出了完整的解决方案，并且通过与电池供电的几乎无噪声电源设计相比较，验证了其性能。

这里的最佳解决方案，如果是为较小的PCB面积设计的话，那绝对是TPS54120。如果效率对你来说最为重要，那么我建议进一步开发TPS54320 + TPS74701解决方案，尽管性能会有一些下降。理解整个系统的最低要求，将这些要求精简为较小的特性集，并根据这个特性集进行组件选型是最具有挑战性的工作，一直以来都是如此。

在进行下一个电源链设计时，别忘了TI一直在你身边，我们能为你提供全面的产品组合和系统知识，帮助你解决最具挑战性的设计难题。我们很愿意为你效劳。

如果你错过了本系列文章中的任何一篇，请在为ADC创建一个电源链接内阅读其它博客文章。

原文链接：

http://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2015/09/04/designing-a-power-supply-solution-for-pipeline-adcs-part-2