RF ADC为什么有如此多电源轨和电源域?
在采样速率和可用带宽方面,当今的射频模数转换器(RF ADC)已有长足的发展,其中还纳入了大量数字处理功能,电源方面的复杂性也有提高。那么,RF ADC为什么有如此多不同的电源轨和电源域?
随着硅处理技术的改进,晶体管的几何尺寸不断减小,意味着每 mm2面积上可以容纳更多的晶体管(即特征)。但是,人们仍然希望 ADC 实现与其前一代器件相同(或更好)的性能。 现在,ADC 的设计采取了多层面方法,其中: 1. 采样速度和模拟带宽必须得到改善; 2. 性能必须与前一代相同或更好; 3. 纳入更多片内数字处理功能来辅助数字接收逻辑。
需要高速度
在 CMOS 技术中,提高速度(带宽)的最普遍方法是让晶体管几何尺寸变小。使用更精细的 CMOS 晶体管可降低寄生效应,从而有助于提高晶体管的速度。晶体管速度越快,则带宽越宽。数字电路的功耗与开关速度有直接关系,与电源电压则是平方关系,如下式所示:
几何尺寸越小,电路设计人员能实现的电路速度就越快,而每MHz每个晶体管的功耗与上一代相同。以 AD9680 和 AD9695为例,二者分别采用65 nm和28 nm CMOS技术设计而成。在1.25 GSPS和1.3GSPS时,AD9680和AD9695的功耗分别为3.7 W和1.6 W。这表明,架构大致相同时,采用28 nm工艺制造的电路功耗比采用65 nm工艺制造的相同电路的功耗要低一半。因此,在消耗相同功率的情况下,28 nm工艺电路的运行速度可以是65 nm工艺电路的一倍。AD9208很好地说明了这一点。
裕量最重要
表1:产品比较
隔离是关键
为了改善隔离,设计者必须考虑各种耦合机制,最明显的机制是通过共享电源域。如果电源域尽可能远离电路,那么共享同一电压轨(AD9208为0.975 V)的数字电路和模拟电路发生震颤的可能性将非常小。在硅片中,电源已被分开,接地也是如此。封装设计继续贯彻了这种隔离电源域处理。由此所得的同一封装内不同电源域和地的划分,如表2所示,其以AD9208为例。
表2:AD9208电源域和接地域
这可能会让系统设计人员惊慌失措。乍一看,数据手册给人的印象是这些域需要分开处理以优化系统性能。情况并不像看起来那么可怕,数据手册的目的仅仅是唤起人们对各种敏感域的关注,让系统设计人员可以关注PDN(电源输送网络)设计,对其进行适当的划分。共享相同供电轨的大多数电源域和接地域可以合并,因此PDN可以简化。这导致BOM(物料清单)和布局得以简化。根据设计约束,图2和图3显示了AD9208的两种PDN设计方法。
图3. AD9208 PDN,DC-DC转换器为所有域供电 图4. AD9208下方的AD9208-3000 EBZ PCB横截面
文章来源:亚德诺半导体
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