高速模數轉換器的相位不平衡測試

使用高速ADC(模數轉換器)進行產品開發時，或者評估這些器件以便用于設計時，必須注意ADC的輸出諧波。ADC通常使用差分輸入，使共模噪聲和失真降至最低，但只有在平衡和對稱的情況下，這些輸入才能發揮最大效用。可以使用一個由兩個RF信號發生器和一個振蕩器組成的測試系統，來測量差分不平衡對ADC輸入的影響。

　　當ADC的差分模擬輸入由于驅動錯相而變得不平衡時，器件輸出中的偶次階失真會提高。下面說明如何測量高速ADC的諧波性能，以便了解差分不平衡的影響。

　　1 測試設置

　　測試設置(如圖1所示)使用兩個RF信號發生器驅動2 MHz至300 MHz頻率范圍的ADC模擬輸入。必須使信號發生器的參考頻率彼此鎖定，這樣有助于限制相位隨時間變化而發生的非預期漂移。每個信號發生器的輸出均通過一個低通濾波器，低通濾波器連接到一個雙路低損耗分路器，從而可以利用示波器來觀察差分信號。各輸入端應使用相同制造商和型號的低損耗分路器。為了使用ADC，需要一個評估板。此外，分路器前應使用兩個相同制造商和型號的低通濾波器或帶通濾波器，以便限制來自信號發生器的寬帶噪聲。

　　圖1 用于測量相位不平衡的測試設置

　　一致的模擬信號路徑可以將測量誤差降至最小。分路器前后的電纜應為同一類型并且長度相同。從信號發生器到分路器的電纜長度必須相同，這點很容易明白。分路器之后的電纜長度(連接到ADC和示波器)容易忽略，也需要相同的長度以保護測量結果。如果評估板上具有從連接點到ADC引腳的走線，則從分路器到示波器也必須復制相同長度的走線。因此，考慮到走線差異，從分路器到示波器的電纜長度可能需要略有不同。同等信號路徑可確保您在示波器上查看的信號能夠準確代表ADC模擬輸入引腳上的信號。

　　推薦方法似乎應當是把示波器探頭引線直接焊接到ADC的模擬輸入端，以便獲得正確的長度匹配，但這種方法會增加ADC探測模擬輸入端的寄生電容和電感，引起測量波動。適當的探頭結合電纜和分路器，可以將寄生電容和電感降至最低，從而在示波器上產生更干凈的信號。

　　務必使用適當帶寬的示波器，以便顯示差分模擬輸入測試頻率。注意隨時監控各信號發生器，測試信號應保持穩定。可以使用示波器的數學功能來確保兩個信號具有正確的相位和幅度關系，即當差分輸入180°反相時，信號A + 信號B應盡可能接近0 V。當然，隨著信號偏離180°，信號幅度之和應增大，但無論相位如何偏移，都應當能夠使用該信號。由此便可確定正確的相位參考點(180°反相)，從該點開始測試。

　　評估板需要一個干凈的時鐘信號。務必使用低相位噪聲的振蕩器或信號源，這樣才不會限制ADC的性能。ADI公司使用250 MHz Wenzel晶振和TTE 250 MHz帶通濾波器。圖2從左至右分別顯示的是示波器、濾波器和高速ADC評估板。

　　圖2 由示波器、低通濾波器和ADC評估板(從左至右) 組成的采樣時鐘設置

　　當ADC的模擬輸入與示波器不同相時，兩個信號之間的差分幅度不匹配會導致ADC輸入信號的基頻功率略有降低。應使用FFT(快速傅里葉變換)監控測試頻率在所有相位變化下的基頻電平。對幅度進行微調，確保ADC始終以相同的電平工作。基頻功率的差異會導致結果不準確，說明ADC由于相位和基頻功率變得不準確而表現不佳。

　　圖3顯示同一器件以相同頻率工作，并使用ADI公司Visual Analog軟件獲得的兩個FFT讀數。圖3a和圖3b分別突出顯示了當兩個輸入信號之間的相位差為0°(圖3a)和20°(圖3b)時的基頻幅度差異，圖3b中的二次諧波功率有所提高。

　　圖3 a) 當兩個輸入信號之間的相位差偏移20° (b)時， 二次諧波(標記為“2”)的功率提高