圖1. 基帶、帶通與寬帶，FSAMPLE = 200 MSPS。

 

基帶設計要求的帶寬是從直流（或低kHz/MHz區）到轉換器的奈奎斯特頻率。用相對帶寬表示的話，這意味著大約100 MHz或以下，假定采樣速率為200 MSPS。這類設計可以采用放大器或變壓器/巴倫。

 

帶通設計意味著在高中頻時隻會使用轉換器帶寬的一小部分（即小於奈奎斯特頻率）。例如，還是假定采樣速率為200 MSPS

，可能隻需要20-60MHz帶寬，以170 MHz為中心。不過，隨著新一代GSPS轉換器類型產品的發布，市場呈現出向更高中頻發展的趨勢。因此，上述示例中的數值可能會多填充一個0。本ben質zhi上shang講jiang，設she計ji人ren員yuan隻zhi需xu利li用yong轉zhuan換huan器qi帶dai寬kuan的de一yi小xiao部bu分fen就jiu能neng完wan成cheng工gong作zuo。這zhe種zhong設she計ji通tong常chang使shi用yong變bian壓ya器qi或huo巴ba倫lun。不bu過guo，如ru果guo較jiao高gao頻pin率lv下xia的de動dong態tai性xing能neng足zu夠gou並bing且qie需xu要yao增zeng益yi
，也ye可ke以yi使shi用yong放fang大da器qi。

 

寬帶設計通常指需要全部帶寬的設計。轉換器能夠提供多少帶寬
，用戶就會使用多少帶寬——供大於求！在三種設計中，這種設計的帶寬最寬，因而是最具挑戰性的前端設計。如果設計要求整個通帶的平坦度為0.1dB，則更具挑戰性。這類應用的帶寬範圍為直流或低kHz/MHz區至+GHz區。此類設計常常采用寬帶巴倫耦合到轉換器。

 

關於帶寬的說明

 

術語"帶寬"在(zai)工(gong)程(cheng)領(ling)域(yu)中(zhong)遭(zao)到(dao)濫(lan)用(yong)，根(gen)據(ju)應(ying)用(yong)的(de)不(bu)同(tong)，帶(dai)寬(kuan)的(de)含(han)義(yi)在(zai)不(bu)同(tong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)看(kan)來(lai)可(ke)能(neng)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)。在(zai)本(ben)文(wen)中(zhong)，轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)全(quan)功(gong)率(lv)帶(dai)寬(kuan)與(yu)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)可(ke)用(yong)帶(dai)寬(kuan)或(huo)采(cai)樣(yang)帶(dai)寬(kuan)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)。全(quan)功(gong)率(lv)帶(dai)寬(kuan)是(shi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)用(yong)於(yu)精(jing)確(que)捕(bu)獲(huo)信(xin)號(hao)以(yi)及(ji)內(nei)置(zhi)前(qian)端(duan)正(zheng)確(que)建(jian)立(li)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)帶(dai)寬(kuan)。在(zai)多(duo)數(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)，轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)采(cai)樣(yang)帶(dai)寬(kuan)目(mu)標(biao)是(shi)在(zai)大(da)約(yue)兩(liang)個(ge)奈(nai)奎(kui)斯(si)特(te)區(qu)撥(bo)入(ru)。轉(zhuan)換(huan)器(qi)通(tong)常(chang)也(ye)是(shi)以(yi)這(zhe)種(zhong)方(fang)式(shi)在(zai)其(qi)交(jiao)流(liu)頻(pin)率(lv)規(gui)格(ge)範(fan)圍(wei)內(nei)進(jin)行(xing)表(biao)征(zheng)。

 

shejirenyuanzaizhuanhuanqizhidingquyuwaixuanzezhongpinbingbushigemingzhidexuanze

，yinweixitongdejiaoliuxingnengjieguohuicunzaijiaodachayi
，jinguanzhuanhuanqishujushoucezhongshuomingleedingfenbianlvhexingneng，huoxianshidequangonglvdaikuanyuandayuzhuanhuanqibenshendecaiyangdaikuan（可能是其兩倍）。設計應圍繞采樣帶寬展開。所有設計都應當避免使用額定全功率帶寬的某一或全部最高頻率部分，否則動態性能(SNR/SFDR)會hui下xia降jiang。為wei了le確que定ding高gao速su模mo數shu轉zhuan換huan器qi的de采cai樣yang帶dai寬kuan，請qing查zha閱yue數shu據ju手shou冊ce，或huo者zhe谘zi詢xun應ying用yong支zhi持chi人ren員yuan，因yin為wei有you時shi候hou采cai樣yang帶dai寬kuan並bing未wei明ming確que給gei出chu。通tong常chang
，數shu據ju手shou冊ce會hui規gui定ding甚shen至zhi列lie出chu轉zhuan換huan器qi采cai樣yang帶dai寬kuan內nei經jing過guo生sheng產chan測ce試shi、能夠保證額定性能的頻率。然而，需要對行業中的這些帶寬術語做出更好的說明和定義。

 

了解轉換器帶寬和精度

 

所有的ADC都存在建立時間不精確的問題。記住
，轉換器的內部前端必須具有足夠的帶寬(BW)
，才能精確地對信號進行采樣。否則，累積誤差將大於上文所述的結果。一般而言，一個ADC的內部前端必須在半個采樣時鍾周期內建立（0.5/fs，其中fs =采樣頻率）
，這樣才能提供對內模擬信號捕捉的精確表達。因此，對於一個12位ADC（采樣速率為2.5 GSPS，滿量程輸入範圍(VFS)為1.3 V p-p）來說

，全功率帶寬(FPBW)可通過下列瞬態公式推導：

 

 

求解 t:

 

 

代入 τ = 1/(2 × π × FPBW)，一個時間常數，求解FPBW：

 

 

令 t = 0.5/fs。這是樣本建立所需的時間，其中采樣周期為1/fs:

 

 

這樣會使ADC內部前端FPBW所需的帶寬最小。轉換器內部前端需要這一大小的帶寬
，以建立至1 LSB以內並正確采樣模擬信號。這將需要通過數個時間常數來滿足這類ADC的1 LSB精度要求，其中1個時間常數等於24 ps或：

 

 

要了解ADC滿量程範圍內達到LSB大小要求所需的時間常數數量，就需要找出滿量程誤差%或VFSE。或1 LSB = VFS/(2N)
，其中N =位數；或

 

 

表1列出了不同分辨率的轉換器與各自的位數
、LSB大小和VFSE的關係細分表。

 

表1. 轉換器分辨率明細表

 

通過描繪歐拉數或eτ，可以繪出一條曲線，以便每次通過時間常數都能方便地看出相對誤差。從圖2可見，12位ADC樣本建立至大約1 LSB以內需時8.4個時間常數。

 

圖2. 轉換器采樣精度與時間常數數量：ADC精確建立至½ LSB以內所需要的時間常數數量。

 

設計人員可通過這種分析來估算轉換器能處理的最大模擬輸入頻率或采樣帶寬，並依舊建立至1 LSB誤差以內。超出這個範圍，則ADC無法精確表示信號。因此：

 

 

記住，這裏表示的是最佳情形
，並假定采用單極點ADC前端。並非所有現實中的轉換器都以這種方式工作
，但這是一個很好的開端。

 

例如，上文描述的模型最高可適用至12位。但針對14或16位以及更高位則需要采用二階模型，因為細微的影響可使建立時間擴展至預測的一階模型以外。

 

本文轉載自亞德諾半導體。

 

推薦閱讀：