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
【线性与开关电源有何不同之处？】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
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