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電源噪聲對高速DAC相位噪聲影響有多大？如何消除它？

發布時間：2022-09-16 來源：DigiKey，Alan Yang 責任編輯：wenwei

【導讀】在所有器件特性中，噪聲可能是一個特別具有挑戰性、難以掌握的設計課題。本文主要介紹電源噪聲對於高速DAC相位噪聲的影響。

DAC相位噪聲來源

對於高速DAC來說，相位噪聲主要來自以下幾個方麵：時鍾噪聲、電源噪聲，以及內部噪聲與接口噪聲。

圖1：DAC相位噪聲來源（圖片來源：ADI）

其中最重要的兩個來源是時鍾噪聲與電源噪聲。本文將主要介紹電源噪聲對於DAC相位噪聲的影響。

深入了解ADI的DAC芯片產品

DAC電源相位噪聲傳播路徑

芯(xin)片(pian)上(shang)的(de)所(suo)有(you)電(dian)路(lu)都(dou)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)某(mou)種(zhong)方(fang)式(shi)供(gong)電(dian)，這(zhe)就(jiu)給(gei)噪(zao)聲(sheng)傳(chuan)播(bo)到(dao)輸(shu)出(chu)提(ti)供(gong)了(le)很(hen)多(duo)機(ji)會(hui)。不(bu)同(tong)電(dian)路(lu)電(dian)源(yuan)噪(zao)聲(sheng)的(de)傳(chuan)播(bo)路(lu)徑(jing)也(ye)不(bu)一(yi)樣(yang)，下(xia)麵(mian)著(zhe)重(zhong)指(zhi)出(chu)了(le)幾(ji)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)DAC電源噪聲傳播路徑。

如下圖，DAC輸出端通常由電流源和MOS管組成，MOS管引導電流通過正引腳或負引腳供電。電流源從外部電源獲得功率，任何噪聲都會反映為電流波動。

圖2：DAC電源噪聲來源（圖片來源：ADI）

MOS管

電流源的噪聲可以經過MOS管到達輸出端，但這僅解釋了噪聲的耦合現象。

圖 3 : DAC電源噪聲傳播路徑——MOS管（圖片來源於ADI）

要“貢獻”相位噪聲，此噪聲還需要通過MOS管混頻到載波頻率。這裏的MOS管，相當於一個平衡混頻器。

上拉電感

上拉電感是另一條噪聲路徑，噪聲從供電軌流至輸出端。

圖4：DAC電源噪聲傳播路徑——上拉電感（圖片來源：ADI）

這裏任何供電軌和負載的變化，都會引起電流變化，從而又一次把噪聲混頻到載波頻率。

更多噪聲傳導路徑

一般來說，如果開關切換能夠把噪聲混頻到載波頻率，這些開關電路都是電源相位噪聲的貢獻者。

分析相位噪聲

對(dui)於(yu)上(shang)麵(mian)提(ti)到(dao)的(de)混(hun)頻(pin)現(xian)象(xiang)，要(yao)快(kuai)速(su)模(mo)擬(ni)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)行(xing)為(wei)並(bing)且(qie)去(qu)改(gai)善(shan)是(shi)相(xiang)當(dang)困(kun)難(nan)的(de)。相(xiang)反(fan)，通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)電(dian)源(yuan)抑(yi)製(zhi)比(bi)的(de)做(zuo)法(fa)，快(kuai)速(su)了(le)解(jie)哪(na)些(xie)電(dian)源(yuan)對(dui)噪(zao)聲(sheng)敏(min)感(gan)，然(ran)後(hou)針(zhen)對(dui)性(xing)地(di)選(xuan)擇(ze)一(yi)些(xie)高(gao)精(jing)度(du)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)電(dian)源(yuan)，才(cai)能(neng)事(shi)半(ban)功(gong)倍(bei)。

其他模擬模塊也會有類似的電源抑製比的分析，比如穩壓器、運算放大器和其他IC，一般都會規定電源抑製比。

電源抑製性能衡量負載對電源變化的靈敏度，可用於這裏的相位噪聲分析。然而，這裏使用的不是抑製比，而是調製比：電源調製比(PSMR)。當然，傳統的電源抑製比(PSMR) 依舊有參考意義。

我們專門調製一個噪聲去測試。下一步是獲得具體數據。

測量PSMR

分析相位噪聲的很重要的一個方法便是測量PSMR。

典型測量PSMR測試原理圖：