线性与开关电源有何不同之处？

通常我们都知道，RF 采样(或 GSPS)ADC 可对宽带宽进行数字化处理，在系统 设计方面具有独特的优势。针对这些 GSPS ADC，业界正在力求 降低电源设计的复杂度、尺寸和成本。若足够重视设计、元件选 型和 PCN 布局，则能够为 GSPS ADC 供电的低噪声、高性价比 PDN 是有可能实现的。因此，经过部署后，开关稳压器还有助 于改善电源系统的效率，并节省运作成本和 BOM，同时不会影 响性能。

模数转换器 (ADC) 在任何依赖外部(模拟)世界收集信息进行 (数字)处理的系统中都是不可或缺的组成部分。从通信接收机 到数字测试和测量再到军事和航空航天—此处仅举数例—这些 系统在不同的应用中各有不同。硅片处理技术的发展(比如 65 nm CMOS 和 28 nm CMOS)使高速 ADC 得以跨越 GSPS(每秒千兆) 门槛。对于系统设计人员来说，这意味着能用于数字处理的采样 带宽越来越宽。出于环境和成本方面的考虑，系统设计人员不断 尝试降低总功耗。一般而言，ADC 制造商建议采用低噪声 LDO (低压差)稳压器为 GSPS(或 RF 采样)ADC 供电，以便达到最 高性能。然而，这种方式的输电网络 (PDN) 效率不高。设计人员 对于使用开关稳压器直接为 GSPS ADC 供电且不会大幅降低 ADC 性能的方法呼声渐高。

解决方案是谨慎地进行 PDN 部署和布局布线，确保 ADC 性能不 受影响。本文讨论了线性和开关电源的不同之处，并表明 GSPS ADC 与 DC-DC 转换器搭配使用可大幅改善系统能效，且不会影 响 ADC 性能。本文通过输电网络组合探讨 GSPS ADC 性能，并 对成本和性能进行了对比分析。

通常建议 GSPS ADC 使用的 PDN

高带宽、高采样速率 ADC(或 GSPS ADC)可以具有多个电源 域(比如 AVDD 或 DVDD)。随着尺寸的缩小，不仅电源域的 数量增加，为 ADC 供电所需的不同电压数量也有所增加。例如，AD9250,1 是一款 14 位、170 MSPS/250 MSPS、JESD204B 双通道 模数转换器，采用 180 nm CMOS 工艺制造，具有 3 个域：AVDD、 DVDD 和 DRVDD。然而，所有 3 个域都具有相同的电压：1.8 V。

现在，来看一下 AD9680,2 ：一款 14 位、1.25 GSPS/1 GSPS/820 MSPS/500 MSPS JESD204B 双通道模数转换器，采用 65 nm CMOS 工艺制造。这款 GSPS ADC 具有 7 个不同的域(AVDD1、 AVDD1_SR、AVDD2、AVDD3、DVDD、DRVDD 和 SPIVDD)， 以及 3 个不同的电压：1.25 V、2.5 V 和 3.3 V。

ADP23843 和 ADP21644DC-DC 转换器用于使电压下降到可控水 平，以便 LDO 能够在不进入热关断的情况下进行稳压操作。这 些电源域和各种电压的日益普及是在这些采样速率下工作所必 需的。它们可以确保各种电路域(比如采样、时钟、数字和串行 器)之间具有正确的隔离，同时使性能最优。正是因为这个原因， ADC 制造商才设计了评估板，并推荐详细的电源设计方案，确保 最大程度降低风险，使性能最大化。例如，图 1 显示了 AD9680 评估板使用的默认 PDN 的功能框图。根据 Vita57.1 规格，电源输 入来自 FMC(FPGA 夹层卡)连接器供应的 12 V/1 A 和 3.3 V/3 A 电源。

图 1. 用于 AD9680 评估板的默认 PDN

显而易见，这是一种昂贵的解决方案，有 7 个 LDO 稳压器，每 个域一个。这款 PDN 也许是性能最优的，但肯定不是最具性价 比或运行成本效率最高的。系统设计人员认为部署含有多个 ADC 的系统非常有难度。例如，相控阵雷达方案包含成百个 AD9680，全都以同步方式工作。要求系统设计人员为上百个 ADC 的每一个电压域都分配一个 LDO 稳压器是不合理的。

用于 GSPS ADC 的更简单的 PDN

一种更具性价比的 PDN 设计方案是将具有同样电压值(比如所 有的 1.25 V 模拟域)的域组合起来，然后用同一个 LDO 来驱 动。这样可以减少元件数(以及物料清单—BOM—成本)，这 可能适合某些设计。其简化 PDN 如图 2 所示;该图为 AD9680 评估板的部署。在该部署中，整个 AD9680 都可以使用 3.3 V 输入供电。

图 2. AD9680 评估板的简化 PDN

驱动 AD9680 的 DC-DC 转换器

通过移除为 1.25 V 域供电的单个 LDO，还可进一步简化 PDN。 这是最高效、最具性价比的解决方案。这种方案的困难之处在于 确保 DC-DC 转换器的操作稳定性，从而不影响 ADC 性能。 ADP2164 驱动 AD9680 所有 1.25 V 域(AVDD1、AVDD1_SR、 DVDD 和 DRVDD)的 PDN 如图 3 所示。

图 3. 使用 DC-DC 转换器为 AD9680 供电