精密模數(shù)轉換器應用廣泛，如儀器儀表和測量、電力線繼電保 護、過程控制、電機控制等。目前，SAR 型ADC 的分辨率可 達18 位甚至更高，采樣速率為數(shù)MSPS；Σ-Δ 型ADC 的分辨 率則達到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)的外部干擾而導致。

針對高分辨率、精密ADC應用中的雜散問題，本文將介紹幾種判斷其根本原因的方法，并提出相應的解決方案。這些技術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用情況闡述用于降低雜散的特定設計解決方案：

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

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基波頻率的第二或第三諧波之間的動態(tài)范圍構成。然而，由于系統(tǒng)其他方面的因素，可能會導致雜散產(chǎn)生并限制系統(tǒng)的性能。

這些雜散可分為輸入頻率相關雜散和固定頻率雜散。輸入頻率相關雜散與諧波或非線性特性有關。本文將重點分析由電源、外部基準源、數(shù)字連接、外部干擾等造成的固定頻率雜散。根據(jù)應用情況，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電源而導致的雜散問題

由于DC-DC開關穩(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。固定頻率或脈寬調制開關穩(wěn)壓器會產(chǎn)生開關紋波，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機制饋入ADC轉換代碼中。

某些設計師可能會因電路板空間有限或預算問題而在精密ADC應用中采用DC-DC開關穩(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開關電源用于AD7616，VCC為5 V，±10 V輸入范圍。
則因紋波導致的數(shù)字碼噪聲為：

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

圖1.AD7616 PSRR與紋波頻率的關系

因DC-DC電源輻射而導致的雜散問題

僅僅使用高PSRR ADC并不能保證開關穩(wěn)壓器在精密測量系統(tǒng)中不會造成任何問題。開關穩(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。