开关电源（DC-DC）一定会降低模数转换器的性能么？

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在现代电子设备中，开关电源（DC-DC）已经成为了电源系统中不可或缺的组成部分。然而，一些人担心使用开关电源会降低模数转换器的性能。这是否真的是一个问题呢？让我们来探讨一下。       
工程师一般认为开关电源会降低 ADC 的性能，因此通常愿意选用低压差LDO线性稳压器，而不使用开关稳压器，但这种认识并非完全正确。LDO 具有较低的纹波和噪声指标，但实际上DC-DC也可以用在ADC的供电设计中，但需要我们对DC-DC的拓扑有很好的理解，并对器件的指标有着比较系统的理解。


首先是选择ADC，然后选择正确的DC-DC，并不是任何DC-DC都可以使用，从数据手册上看下DC-DC的噪声和纹波指标，以及开关频率。典型的DC-DC在 100kHz 带宽范围内大概有 10uVrms 的噪声。假设它们都是白噪声，那么有关频带内的噪声密度相当于31.6nVrms/rt-Hz。         


其次，要需要确认ADC的电源抑制(PSRR)指标，以了解由于电源噪声引起的ADC下降的关键点。大多数高速转换器在第一奈奎斯特区内的 PSRR 典型值为 60dB(1mV/V)。在使用具有 2Vpp 满量程输入范围、78dB 信噪比和 125MSPS 采样速率的 16 位 ADC时，本底噪声为 11.26nVrms。不管噪声源自何处，都必须低于这个值，这样才能不影响转换器的性能。在第一奈奎斯特区fs/2，转换器噪声等于 89.02uVrms(11.26nVrms/rt-Hz)×sqrt(125MHz/2)。


虽然DC-DC的噪声31.6nv/rt-Hz)高过这个转换器噪声的两倍，但注意转换器还有60dB 的 PSRR，它能将DC-DC的噪声抑制到31.6pV/rt-Hz(31.6nV/rt-Hz×1mV/V)。这个噪声比转换器的本底噪声要小得多，因此开关稳压器的噪声不会降低转换器性能。         

另外，电源滤波、接地和布线也很重要。在 ADC 电源引脚处增加 0.1uF电容，可以使噪声降低到比上面的计算结果还要小。在电源输出端增加一个简单的 LC 滤波器也可行，级联的滤波器能将DC-DC噪声抑制得更多。众所周知，滤波器每增加一级就能获得约 20dB/10 倍频程的噪声抑制效果，紧密叠层的电源和地平面(间距<4mil)可以为 PCB 设计增加固有的高频去耦效果。最后，良好的物理划分是关键，尽量使敏感的模拟电路远离开关电路。

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