精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛，如儀器儀表和測量、電力線繼電保 護(hù)、過程控制、電機(jī)控制等。目前，SAR 型ADC 的分辨率可 達(dá)18 位甚至更高，采樣速率為數(shù)MSPS；Σ-Δ 型ADC 的分辨 率則達(dá)到24 位甚至32 位，采樣速率為數(shù)百kSPS。為了充分 利用高性能ADC 而不限制其能力，用戶在降低信號鏈噪聲方面面臨的困難越來越多。而雜散信號可能源于ADC周圍的不合理電路，也有可能是因惡劣工作環(huán)境下出現(xiàn)的外部干擾而導(dǎo)致。

針對高分辨率、精密ADC應(yīng)用中的雜散問題，本文將介紹幾種判斷其根本原因的方法，并提出相應(yīng)的解決方案。這些技術(shù)和方法將有助于提高終端系統(tǒng)的EMC能力和可靠性。
本文將針對五種不同的應(yīng)用情況闡述用于降低雜散的特定設(shè)計解決方案：

• 由控制器板上的DC-DC電源輻射而導(dǎo)致的雜散問題。
• 由AC-DC適配器噪聲通過外部基準(zhǔn)源而導(dǎo)致的雜散問題。
• 由模擬輸入電纜而導(dǎo)致的雜散問題。
• 由模擬輸入電纜上的耦合干擾而導(dǎo)致的雜散問題。
• 由室內(nèi)照明設(shè)備導(dǎo)致的雜散問題。

雜散與SFDR

眾所周知，無雜散動態(tài)范圍(SFDR)表示可從大干擾信號分辨出的最小功率信號。對于目前的高分辨率、精密ADC，SFDR一般主要由基波頻率與目標(biāo)基波頻率的第二或第三諧波之間的動態(tài)范圍構(gòu)成。然而，由于系統(tǒng)其他方面的因素，可能會導(dǎo)致雜散產(chǎn)生并限制系統(tǒng)的性能。

這些雜散可分為輸入頻率相關(guān)雜散和固定頻率雜散。輸入頻率相關(guān)雜散與諧波或非線性特性有關(guān)。本文將重點分析由電源、外部基準(zhǔn)源、數(shù)字連接、外部干擾等造成的固定頻率雜散。根據(jù)應(yīng)用情況，可降低或完全避免這些類型的雜散，以助于實現(xiàn)最佳的信號鏈性能。

由ADC周圍DC-DC電源而導(dǎo)致的雜散問題

由于DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器會產(chǎn)生較高的紋波噪聲，通常建議將LDO作為在精密測量系統(tǒng)中為精密ADC生成低噪聲電源軌的解決方案。固定頻率或脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓器會產(chǎn)生開關(guān)紋波，該紋波一般位于幾萬至幾兆赫茲固定頻率處。固定頻率噪聲可能會通過ADC的PSRR機(jī)制饋入ADC轉(zhuǎn)換代碼中。

某些設(shè)計師可能會因電路板空間有限或預(yù)算問題而在精密ADC應(yīng)用中采用DC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器。為了實現(xiàn)理想的信號鏈性能，他們必須限制紋波噪聲或使用高PSRR ADC，以確保這些紋波噪聲低于ADC噪底。否則，在ADC輸出頻譜的開關(guān)頻率處可能會出現(xiàn)雜散，這有可能會使信號鏈的動態(tài)范圍降級。

AD7616?是一款16位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，支持在電力線監(jiān)控中對16個通道進(jìn)行雙路同步采樣。該器件具有很高的PSRR，將能有效地抑制/衰減開關(guān)紋波。例如，將一個在100 kHz處有100 mV峰峰值紋波噪聲的DC-DC開關(guān)電源用于AD7616，VCC為5 V，±10 V輸入范圍。
則因紋波導(dǎo)致的數(shù)字碼噪聲為：

對于一個16位轉(zhuǎn)換器而言，ADC輸出端出現(xiàn)的這種紋波電平是非常低的。ADC的高PSRR性能使得設(shè)計師們也可以在精密測量系統(tǒng)中采用開關(guān)穩(wěn)壓器。

圖1.AD7616 PSRR與紋波頻率的關(guān)系

因DC-DC電源輻射而導(dǎo)致的雜散問題

僅僅使用高PSRR ADC并不能保證開關(guān)穩(wěn)壓器在精密測量系統(tǒng)中不會造成任何問題。開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的紋波噪聲可能會通過其他方式饋入ADC的數(shù)字碼中。

AD4003?是一款低噪聲、低功耗、高速、18位、2 MSPS精密逐次逼近型寄存器(SAR) ADC。在eval-AD4003FMCZ評估板交流性能測試過程中，在277.5 kHz附近出現(xiàn)約–115 dBFS的雜散電平；該雜散及其第二諧波如圖2所示。