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使用肖特基二极管保护射频采样ADC输入

2018年06月04日 10:50 次阅读

任何高性能ADC,尤其是射频采样ADC,输入或前端的设计对于实现所需的系统级性能而言很关键。很多情况下,射频采样ADC可以对几百MHz的信号带宽进行数字量化。前端可以是有源(使用放大器)也可以是无源(使用变压器或巴伦),具体取决于系统要求。无论哪种情况,都必须谨慎选择元器件,以便实现在目标频段的最优ADC性能。

简介

射频采样ADC采用深亚微米CMOS工艺技术制造,并且半导体器件的物理特性表明较小的晶体管尺寸支持的最大电压也较低。因此,在数据手册中规定的出于可靠性原因而不应超出的绝对最大电压,将当前主流的射频采样ADC与之前的老器件相比,可以发现这个电压值是变小的。

在使用ADC对输入信号进行数字量化的接收机应用中,系统设计人员必须密切关注绝对最大输入电压。该参数直接影响ADC的使用寿命和可靠性。不可靠的ADC可能导致整个无线电系统无法使用,且更换成本也许非常巨大。

为了抵消过压带来的风险,射频采样ADC集成了可以检测高电平阈值的电路,允许接收机通过自动增益控制(AGC)环路调节增益来进行补偿。但是,如果采用流水线型ADC,则与架构相关的固有延迟可能导致输入暴露于高电平之下,从而可能损害ADC输入。本文讨论了一种简单的方法来增强AGC环路,保护ADC。

输入架构

射频采样ADC可采用多种不同的设计,最常见的一种是流水线架构,该架构采用多级级联,将模拟信号转换为数字信号。第一级最重要,可以是缓冲或未缓冲级。选择哪种设计取决于设计要求和性能目标。例如,一个带缓冲器的ADC通常在频率范围内具有更好的SFDR性能,但功耗比不带缓冲器的ADC更高。

前端设计同样会根据ADC是否有缓冲级而改变。没有缓冲器的ADC需要使用额外的串联电阻来处理输入电荷反冲,它同样会改善SFDR性能。图1和图2显示了AD9625未缓冲和AD9680缓冲射频采样ADC的等效输入电路简化图。为简明起见,仅显示单端输入。

使用肖特基二极管保护射频采样ADC输入

图1. 未缓冲射频采样ADC输入的等效电路

使用肖特基二极管保护射频采样ADC输入

图2. 缓冲射频采样ADC输入的等效电路

无论采用何种架构,ADC输入端可持续的绝对最大电压由MOSFET能够处理的电压决定。缓冲输入更复杂,且比未缓冲输入功耗更大。ADC具有多种不同类型的缓冲器,最常见的一种是源极跟随器。

故障机制

缓冲和未缓冲ADC的故障机制有所不同,但通常是在超出允许的最大栅极-源极电压( (VGS))或漏极-源极电压((VDS))时发生故障。这些电压如图3所示。

使用肖特基二极管保护射频采样ADC输入

图3. MOS晶体管的关键电压

例如,假设VDS超过允许的最大电压,则发生VDS击穿故障,这通常在MOSFET处于关断状态且在漏极施加了相对于源极的过量电压时发生。如果VGS超过允许的最大电压,则它会导致VGS击穿(亦称为氧化层击穿)。这通常在MOSFET处于导通状态且在栅极施加了相对于源极的过量电压时发生。

未缓冲ADC的故障机制

图4显示的是一个未缓冲ADC输入。采样过程由反相时钟信号Φ和Φ控制,它们是MOSFET M1的采样/保持信号以及MOSFET M2的复位信号。M1导通时,M2关断,且电容CSW跟踪信号(采样或跟踪模式)。当M1关断时,MDAC中的比较器作出判断后M2导通,电容CSW复位。这样可在采样阶段使采样电容为下一次采样做好准备。该电路通常工作状态优良。

但是,高压输入使M2暴露在超出其漏源电压的应力之下。当对输入高压进行采样(M1导通、M2关断)时,M2会暴露于较大的VDS之下,其在不足采样时钟半周期的时间内处于关断状态,但哪怕只是瞬时的暴露也会降低电路的可靠性,导致ADC随时间失效。在复位模式下(M1关断、M2导通),因M1的漏极上有输入信号,从而也会暴露于大的VDS电压。

使用肖特基二极管保护射频采样ADC输入

图4. 未缓冲ADC输入的故障模式

缓冲ADC的故障机制

图5显示的是一个缓冲ADC输入。采样和复位信号适用相同的时钟方案。无论相位如何,当缓冲器M3栅极暴露于高压输入时,产生电流I1以及I2。电流源I1采用PMOS晶体管实现,而I2采用NMOS晶体管实现。M3栅极上的高电压导致I1和I2 MOSFET产生过大的VDS。此外,M3栅极上的高电压还可导致氧化层击穿。

使用肖特基二极管保护射频采样ADC输入

图5. 缓冲ADC输入的故障模式

缓冲和未缓冲ADC的击穿机制有所不同,因此绝对最大输入电压同样有所不同,如表1所以。

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发表于 2018-03-26 08:39 641次阅读
利用到电容充放电原理实现一条IO实现两个按键

如何为您的传感应用选择正确的集成ADC?

谷歌搜索术语模数转换器选择产生了数以千计的点击量,证明这项任务继续挑战我们参与设计难以捉摸的完美传感...

发表于 2018-03-23 09:15 1997次阅读
如何为您的传感应用选择正确的集成ADC?

电压基准滤波器将32位ADC SNR提高6dB:...

发表于 2018-03-22 16:51 710次阅读
电压基准滤波器将32位ADC SNR提高6dB:...

开关稳压器和ADC之间一些低噪设计

系统设计人员正面临越来越多的挑战,他们需要在不降低系统组件(例如:高速 数据转换器)性能的情况下让其...

发表于 2018-03-21 08:18 1362次阅读
开关稳压器和ADC之间一些低噪设计

元器件科普之激光二极管的原理和应用

为了产生一束激光,必须使激光二极管的电流超过一定的阈值电平。低于阈值水平的电流迫使二极管表现为LED...

发表于 2018-03-20 10:09 963次阅读
元器件科普之激光二极管的原理和应用

新全光二极管可用于微型光电路

据物理学家组织网16日报道,英国国家物理实验室(NPL)的研究人员研制出了一种全光二极管,新二极管能...

发表于 2018-03-19 15:19 774次阅读
新全光二极管可用于微型光电路

简化模拟抗混叠滤波器及其他功能电路的设计

ADI 混合信号的高级设计工程师——Andrew Thomas对此谈到一款新型LTC2358 8通道...

发表于 2018-03-19 14:45 853次阅读
简化模拟抗混叠滤波器及其他功能电路的设计

逐次逼近型ADC的原理

逐次逼近式AD转换器与计数式A/D转换类似,只是数字量由“逐次逼近寄存器SAR”产生。SAR使用“对...

发表于 2018-03-19 13:51 956次阅读
逐次逼近型ADC的原理

全光二极管和石墨烯又有新研发进展

科学家研发人体芯片代替动物实验 这一芯片可容纳10种器官细胞,进而模拟人体内的循环系统。来自麻省理工...

发表于 2018-03-19 12:51 932次阅读
全光二极管和石墨烯又有新研发进展

感性负载抛负载引起的高电压脉冲预防措施

当电流关闭时,请注意由于感性负载引起的高电压,使用瞬态电压抑制(TVS)二极管或变阻器来限制电压的波...

发表于 2018-03-18 10:24 1538次阅读
感性负载抛负载引起的高电压脉冲预防措施

PIN二极管的原理和应用

一般的二极管是由N型杂质掺杂的半导体材料和P型杂质掺杂的半导体材料直接构成形成PN结。而PIN二极管...

发表于 2018-03-15 10:47 1760次阅读
PIN二极管的原理和应用

二极管、三极管、MOS管常用封装实物图

电子元器件有着不同的封装类型,不同类的元器件外形虽然差不多,但内部结构及用途却大不同,譬如TO220...

发表于 2018-03-15 10:01 1280次阅读
二极管、三极管、MOS管常用封装实物图

利用RC来消除反激开关电源次级二极管的振铃

由于电路板的尺寸限制或是由于集成 FET 电源 IC 所具有的内部 CPAR#、LPAR1、LPAR...

发表于 2018-03-15 08:46 1110次阅读
利用RC来消除反激开关电源次级二极管的振铃

二极管符号大全,你确定你全都认识了吗?赶紧来学习...

二极管种类、作用、实物大全整流二极管二极管电路中,整流二极管的应用最为常见。所谓整流二极管就是专门用...

发表于 2018-03-14 13:52 2761次阅读
二极管符号大全,你确定你全都认识了吗?赶紧来学习...

瞬态抑制二极管的特点

瞬态抑制二极管的特点是反应速度快,体积小,脉冲功率较大,钳位电压低等。瞬态抑制二极管被广泛应用于半导...

发表于 2018-03-13 15:06 1346次阅读
瞬态抑制二极管的特点

有源器件有哪些_二极管是有源器件吗_有源器件范围

本文主要介绍了有源器件有哪些_二极管是有源器件吗_有源器件范围。有源器件,亦称被动元件,是一种工作时...

发表于 2018-03-12 17:17 655次阅读
有源器件有哪些_二极管是有源器件吗_有源器件范围

时钟抖动的4大根本原因及3种查看途径

时钟接口阈值区间附近的抖动会破坏ADC的时序。例如,抖动会导致确定性抖动由干扰引起,会通过某些方式使...

发表于 2018-03-12 13:39 1801次阅读
时钟抖动的4大根本原因及3种查看途径

灵活性和高集成度于一身,教你ADC驱动器配置

如何使用集灵活性和高集成度于一身的全能ADC—— μModule数据采集系统ADAQ798x系列呢?...

发表于 2018-03-11 07:39 1883次阅读
灵活性和高集成度于一身,教你ADC驱动器配置

空前绝后的“IO口扫键”法 电子设计必备良方

用3个IO口作行扫描,2个IO作列检测(为方便描述,我们约定:设置某一IO口输出为“0”――称其为“...

发表于 2018-03-10 09:38 915次阅读
空前绝后的“IO口扫键”法 电子设计必备良方

三个实例为你展示对二极管压降变化进行补偿

图1显示了在齐纳二极管电路中串联一个二极管,曲线绘制了齐纳二极管的不同电压对应的温度系数。当稳压二极...

发表于 2018-03-10 09:04 970次阅读
三个实例为你展示对二极管压降变化进行补偿

信号与积分的顺序颠倒了,ADC动态范围爆棚了

RDSADC周期开始于S1通过R4/(R3 + R4)分压器将Vref连接至积分器A2的“+”输入(...

发表于 2018-03-09 17:16 1013次阅读
信号与积分的顺序颠倒了,ADC动态范围爆棚了

降低ADC信噪比损失的设计技巧

如果信号源具有低频分量,可以设计滤波器,使放大器能够容许较大的输入噪声(较高的输入噪声通常与较低的功...

发表于 2018-03-09 14:16 907次阅读
降低ADC信噪比损失的设计技巧

红外二极管发射电路图大全(声光报警/TPS604...

本文主要介绍了红外二极管发射电路图大全(声光报警/TPS604/无线耳机红外发射电路详解)。无线耳机...

发表于 2018-03-09 11:13 1504次阅读
红外二极管发射电路图大全(声光报警/TPS604...

温度测量系统中高精度ADC设计

作者:上海润欣科技股份有限公司创研社 前言 温度测量的传感器有很多种,包括有热电偶、PRTD(pla...

发表于 2018-03-09 10:08 1679次阅读
温度测量系统中高精度ADC设计

了解ADC输入电压和物理参数之间的关系

许多初步了解 模数转换器 (ADC)的人想知道如何将ADC代码转换为电压。或者,他们的问题是针对特定...

发表于 2018-03-08 08:49 2620次阅读
了解ADC输入电压和物理参数之间的关系

ss34二极管中文资料及参数

SS34为贴片肖特基二极管,常用在小电流的(模型)电调上用,用于电路瞬间整流。本文介绍了SS34基本...

发表于 2018-03-07 09:47 1685次阅读
ss34二极管中文资料及参数