理解高性能ADC中時鐘公差對50Hz/60Hz噪聲抑制的影響

摘要：RF衰減是無線設計中的常見電路，本應用筆記詳細描述了幾種采用PIN二極管和電流源DAC控制RF衰減的方法。

PIN二極管通常作為TV調諧器中的RF信號以及固定通信設備中寬帶RF的可變衰減器。這類二極管可以作為分立器件安裝在電路板上，或集成到混合GaAs模塊。在高頻段，PIN二極管的正向電阻隨著流過結電流增加而減小(圖1)。


圖1. 典型PIN二極管電阻與正向電流的關系

PIN二極管衰減器可采用串聯或并聯配置結構。串聯衰減器(圖2a)通常需要二極管的電流為10mA至20mA。其衰減量為：

20log(1 + RPIN / 2Z0)(單位dB)

對于并聯衰減器(圖2b)，要求的偏置電流通常為2mA至3mA。并聯衰減器的衰減量為：

20log(1 + Z0 / 2RPIN)(單位dB)


圖2. RF信號通過串聯(a)或并聯(b)配置的PIN二極管衰減

系統控制器可通過調整二極管的電流改變衰減量。

有些系統可能需要進行溫度補償(圖3)，簡化電路中，數字電位器IC建立固定或可調偏置電平，熱敏電阻提供溫度輸入。這兩個輸入連接到運算放大器，產生的輸出通過一個電阻驅動PIN二極管。


圖3. PIN二極管簡化偏置電路

上述電路的實現并非電路圖那么簡單。熱敏電阻的響應必須和PIN二極管匹配，同時偏置電流的變化將改變PIN二極管的正向直流電壓，進而引起偏置電流的非線性。還可以采用電壓輸出DAC替代熱敏電阻和數字電位器，對電路進行數字補償，但這一方法無法消除二極管正向電壓的影響。更理想的辦法是采用電流源DAC (理想方案參考附錄)。

圖4電路還包括正交匹配并聯衰減器和一對由DAC輸出驅動的匹配PIN二極管。環境溫度通過連接到主機微控制器的模擬或數字傳感器進行測量，其中主機微控制器通過查找表(LUT)或算法進行溫度補償。期望的衰減通過LUT或算法對DAC進行設置，從而給出了所需的PIN電流。PIN二極管的電流僅通過DAC設置，與二極管的正向電壓以及線路中的其它任何直流阻抗無關。


圖4. RF衰減器受電流輸出DAC (MAX5548或MAX5550)驅動，通過根據主機處理器的校準信號調整輸出電流，從而進行溫度補償。

輸出濾波器

對于帶有RF隔離電感和電容(用于消除不需要的直流成分)的電路，在超過100nH的串聯電感以及10nF的對地電容的情況下，輸出仍然能夠保持穩定。電流輸出相對電壓輸出有一個優點在于，如果壓降在DAC輸出電壓范圍以內，則濾波器所引入的串聯電阻不會影響到精度。

附錄—DAC范例

MAX5548/MAX5550是一款內置電流源輸出的雙通道8/10位DAC，電壓范圍可達4V，輸出電流可達30mA。兩路輸出均可源出高達30mA的電流，并且可以并聯用于高達60mA的大電流電路。該系列器件可工作在+2.7V至+5.25V的單電源電壓下，正常工作模式下每DAC通常消耗1.5mA的電源電流，而在關斷模式下則低于1µA。關斷模式下，輸出漏電流最大僅為±1µA。

為了保證高精度和低噪聲性能，每個IC均帶有+1.25V的帶隙基準以及一個控制放大器。還可以選擇連接外部基準(REFIN)，以提高增益精度。器件兼容I²C以及SPI串行接口，可通過引腳選擇。SPI模式下，器件可以連接成菊鏈方式，從而節省處理器I/O引腳；而對于I²C接口，則提供四路引腳可選擇的地址。軟件以及各路輸出所對應的外部電阻確定可編程輸出電流的最大值。