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许多现今的应用装置都需要高速取样模拟数字转换器(ADC)的分辨率达到12位或是更高位数，这是因为较高的分辨率能够让用户开发出更为精确的系统量测。不幸的是，较高的分辨率也代表了系统将会对噪声更加的敏感。只要系统的分辨率提高1个位(例如从12位升至13位)，系统的敏感度就会以2的倍数增加。因此，在使用ADC进行设计时，设计厂商对于经常被遗忘的一种噪声源一系统电源供应的考虑就变得相当重要。A／D转换器是一种很敏感的组件，而且每一个输入也就是模拟、频率以及电力，都应该要依序同等处理，以达到如同技术手册中所列举的最佳性能。噪声源相当的丰富，而且具有多种形式，会因为发射或是幅射而对性能造成影响。
在现今的电子世界中，所有的讨论主题都是在讲新的成本降低设计是“走向绿色环保”。维持低功率，需要较少的热量管理，维持电力效率最大化，以及在便携式应用装置中延长电池使用的时间。然而大多数的A／D转换器技术手册都建议使用线性电源供应，因为其噪声比交换式电源来得低，而且在某些情况下完全成立。不过，在技术方面的新进展已经证实了交换式电源供应也可能被使用于通信和医疗应用领域当中。
本文将介绍不同的量测方法，这对于了解高速A／D转换器的电源供应设计极为重要。在判定转换器对电源供应轨上噪声效应有多敏感，以及在判定电源供应轨应该要多安静才能达成所需要的A／D转换器自身的性能等方面，这些一般被称作电源涟波拒斥比(或是PSRR)以及电源调变比(或是PSMR)的测试相当的有用。
电源涟波拒斥的定义
当电源供应轨上有噪声出现时，有两项基本的条件会对A／D转换器的运作良窳程度造成影响。它们就是PSRR-dc、PSRR-ac与PSMR。PSRR-dc是在电源供应电压变化相对于ADC增益或是偏移误差中产生变化的比值。这可以藉由最低有效位(LSB)的分式、百分比、或是对数来表示｛PSR=20×log10(PSRR)｝，以dB计量，而且通常是设定于dc。
然而，这种方法只能够显示ADC的单一特定参数会如何的随着电源供应电压的变化而改变，因此无法对转换器的耐用性提出证明。比较好的方法是将一组ac信号加诸于dc电源供应——PSRR-ac之上，以测试电源涟波拒斥，进而透过转换器的电路主动耦合信号(噪声来源)。这种方法从根本去进行对于转换器的衰减，将自身当成在特定振幅下来自于转换器噪声层之上的突波(噪声)。这将可以呈现转换器在一定量注入的噪声与振幅下会在何处发生损坏。这也能让设计厂商了解到电源供应噪声会对信号产生多少影响，或是加诸于信号上。
以不同方式影响转换器的PSMR，能够告诉设计厂商转换器对于电源噪声的效应有多敏感，因为它会藉由模拟输入信号的应用来加以调变。其效应会随着加诸于转换器IF(中频)频率的调变而显现，而且假如电源供应器没有经过小心的设计，可能会在载波边带或是沿着载波边带造成大破坏。
总而言之，电源供应噪声应该要经过测试，并且以如同其他转换器输入的方式加以处理。用户对于系统电源供应噪声的了解是很重要的。如果不够了解，那么电源供应噪声就会使转换器的噪声层升高，并且限制整个系统的动态范围。
电源供应测试
图1所示为在系统电路板上ADC的PSRR量测。每一组电源都要个别量测，以便在测试期间ac信号加诸于电源供应上时，对ADC的动态行为获得较佳的观点。以像是100 uF非极化电解的高电容值开始。针对电感器，使用1 mH做为dc电源供应的ac阻断器。这常常被称为“bias-T”，而且能够以连接器式外壳封装(packaged-connectorized housing)的型态购买。
使用示波器来量测ac信号的振幅，必须在量测期间将示波器探针置于电力进入ADC电源接脚处。为了要让事情更简单，先将加诸于电源ac信号的量定义为与转换器输入全量(full scale)相关的值。举例来说，假如ADC的全量为2 Vpp，那就使用200 mVpp或是-20 dB。其次，以转换器的输入接地(不加以任何模拟信号)，搜寻处于测试频率中来自于噪声层／FFT频谱的错误突波，如图2中所示。要计算PSRR的话，只要从出现在FFT频谱的错误突波值减去-20dB即可。举例来说，假如错误突波出现在距离噪声层80 dB处，那么PSRR就是-80 dB--20 dB或是-60 dB，(PSRR=错误突波(dB)一示波器量测(dB))。-60 dB的值看起来似乎不多，但是我们换成以电压来观察时，它相当于1 mV／V(或是10-60／20)，对于任何转换器技术手册当中的PSRR规格来说，这是相当不寻常的。
下一个步骤是改变ac信号的频率与振幅，藉以将你系统电路板中ADC的PSRR凸显出来。大部分技术手册中的数字都是典型的，而且可能只会设定最差状况的运作条件或是最差的执行电源。举例来说，相对于其他的电源，+5V模拟电源供应有可能是最差的。假如没有完整设定的话，要确定所有的电源都已经加以设定，或是询问工厂以取得此数据。这可以让设计厂商对每组电源设置适当的设计限制。
请记得，在使用LC设置进行测试PSRR／PSMR时会有一项缺点。当所需的频带被清除时，在波形产生器输出上用以在ADC电源接脚上达成所需输入位准的所需信号位准可能必须要非常的高。这是因为LC设置会在某些频率下依据所选取的值而形成陷波滤波器。这会在陷波处大幅的提高接地电流，并且进入到模拟输入当中。想要应付这种情况，只要在会导致量测困难之频率下进行测试时，更换新的LC值就可以了。此处也应该要注意的是在DC下所造成通过LC网络的耗损。记得量测在ADC电源接脚上的DC电源，以便对该耗损加以补偿。举例来说，+5V的电源在通过你的系统电路板LC网络之后，可能只会读取到+4.8 V。只要将电源供应电压调升至能够补偿耗损即可。
PSMR的量测基本上与PSRR是采用相同的方式。然而，在量测PSMR时会在测试设定中加入一个模拟输入频率，如图3中所示。
另一项差异则是调变或错误信号只会加诸于低频率上，这是为了要以套用至转换器上模拟输入频率来检视此信号的混合效应。这项测试通常会使用1-100kHz的频率。此错误信号的振幅也能够相对恒定，只要错误信号(混合后的产品)能够在基础的周围被看到。然而，为了要检查以确定这个值是恒定的，将所使用调变后错误信号的振幅加以改变也会是值得进行的。为了要取得最终结果，在最高(最差)调变突波与基础的振幅之间的相对差异，将可用以决定PSMR规格。图4所示为一个经过量测之PSMR FFT频谱的范例。
电源供应噪声分析
对于转换器以及对于系统基本上来说很重要的，就是在任何特定输入上的噪声不会对性能造成影响。现在PSRR以及PSMR已经获得定义，并且也了解了它们具有什么样的重要性，接着将会引述一些范例，以便了解如何应用这些量测所得的数字。以下的范例应该可以阐明要注意些什么，以及在了解了符合系统设计需求的电源供应噪声时，要如何设计出适当的方式。
首先挑选转换器，然后挑选稳压器、LDO、转换开关或是其它。并非任何的稳压器都能够使用。根据技术手册检查稳压器的噪声与涟波规格，以及其交换频率(假如有使用转换开关时)。典型的稳压器在100 kHz带宽上应该会具有10?V的rms噪声。假设其噪声为白噪声，此相当于在所需波段上31.6 nVrms／rt-Hz的噪声密度。
其次检查转换器的电源涟波拒斥规格，以便了解转换器会因为电源中的噪声而导致性能降级的位置。对于大多数处于第一耐奎斯特区域fs／2的高速转换器来说，60dB(1mV／V)是典型值。假如没有提供的话，那么依照上述的方式将其量测出来，或是询问TU联络人。
使用一组具有2Vpp full-scaIe输入范围、78dBSNR(信号噪声比)，以及125 MSPS采样率、噪声层为11.26 n Vrms的16位ADC。不论是来自于何种信号源的噪声都必须被维持在此噪声层以下，以避免被转换器发现。在第一耐奎斯特区域中，转换器的噪声将会是89.02μV rms(11.26 nVrms／rt-Hz)×sqrt(125MHz／2)。虽然稳压器的噪声(31.6 nv／rt-Hz)超过了转换器噪声的两倍，但是记得要清楚说明转换器的60 dB PSRR会将开关的噪声压制在31.6 pV／rt-Hz(31.6 nV／rt-Hz×1 mV／V)。此噪声远低于转换器的噪声层，因此稳压器的噪声将不会使转换器的性能降级。
电源的滤波、接地、以及布局也很重要。增加0.1μF的电容到ADC电源供应接脚上，将能够使噪声降低至比上述所计算的还少。请记得某些电源接脚会汲取较多的电流，或是比其它的接脚更加敏感。因此谨慎的使用去耦，但是也要留意到在某些电源接脚上可能会需要额外的去耦电容。在电源供应器输出上增加一组简单的LC滤波器也可能有助于噪声的降低。然而，在使用开关时，一组串级滤波器(cascadedfilter)能够抑制更多的噪声。记得每一组额外的级都会有近乎20 dB／decade的增益。
最后一点就是要进行关于上述的分析，这是只针对单一转换器而言。假如系统中有包含多个转换器或是通道时，方法就要有所改变。举例来说，超音波采用了多组A／D转换器信道，这些信道会以数字方式加总，藉以提高动态范围。这种方法基本上只要通道数量加倍，就会将转换器／系统的噪声层向下推3 dB。利用以上的范例来举例，假如使用了两组的转换器，转换器的噪声层将会减半(-3 dB)，而若使用四组转换器则为-6 dB。这是真实的情况，因为每组转换器都可以被视为是不相关的噪声来源。不相关的噪声来源能够加以和方根(RSS)处理，因为这些噪声来源都是独立的，而且在那瞬间彼此是没有关联的。最后，随着通道数量的增加，对电源供应设计的约束更多，而系统的噪声层会因而降低，并且变得更加的敏感。
结论
任何一种能够实现的方法都不能将你的应用装置中所有的电源噪声完全消除掉。也没有系统能够完全不会受到非所需电源供应交互作用的影响。因此，身为ADC使用者的设计厂商在电源供应器的设计以及布局阶段期间必须要主动。这里有一些有用的诀窍，用以将Pc电路板上的噪声免疫能力最大化。
1、将所有进入系统电路板的电源供应轨以及总线电压去耦。
2、请记得每一组额外的滤波级都会有近乎20 dB／decade的增益。
3、假如电源的导线很长，并且配有特殊的IC、零件、以及／或是区域时，要将增益去耦。
4、针对高与低频率加以去耦。
5、通常会在电源进入点，就在去耦电容器接地之前使用串联的铁氧体磁珠。每一组进入到系统电路
板的供应电压，不论其来自干LDO或是转换开关稳压器都应该依此方式处理。
6、对于增加的电容使用紧密堆栈的电源与接地面(小于4mm的间距)，这可以为PCB设计提高本身的高频率去耦能力。
7、就像任何良好的电路板布局一样，让电源远离敏感的模拟电路一像是ADC的前端级与频率电路。
8、良好的电路分隔是关键要素，而且为了增加隔离性，某些组件可能要设置于PCB的相对侧。
9、注意接地回返路径特别是在数字端，以确保数字瞬时不会发生回返至电路中模拟区域的状况。在
某些情况下，分割接地面可能也是个有用的方法。
10、将模拟与数字参考组件维持在其各自的平面上。这种常用的方法可以确保对于噪声以及耦合的交互作用提高隔离度。
11、遵循IC生产厂商的建议；假如他们在应用注记或是技术手册中并未直接陈述的话，那么就研究一下评估用电路板。这样将可以使大计划开始进行。
对于电源供应敏感性与高速转换器之间的关联，以及其为何会对用户系统的动态范围如此重要，笔者希望已经提供给读者们一个清楚的视野。每个人都应该了解布局的技术，以及实现系统电路板中ADC技术手册规格所需的硬件。
在现今的电子世界中，所有的讨论主题都是在讲新的成本降低设计是“走向绿色环保”。维持低功率，需要较少的热量管理，维持电力效率最大化，以及在便携式应用装置中延长电池使用的时间。然而大多数的A／D转换器技术手册都建议使用线性电源供应，因为其噪声比交换式电源来得低，而且在某些情况下完全成立。不过，在技术方面的新进展已经证实了交换式电源供应也可能被使用于通信和医疗应用领域当中。
本文将介绍不同的量测方法，这对于了解高速A／D转换器的电源供应设计极为重要。在判定转换器对电源供应轨上噪声效应有多敏感，以及在判定电源供应轨应该要多安静才能达成所需要的A／D转换器自身的性能等方面，这些一般被称作电源涟波拒斥比(或是PSRR)以及电源调变比(或是PSMR)的测试相当的有用。
电源涟波拒斥的定义
当电源供应轨上有噪声出现时，有两项基本的条件会对A／D转换器的运作良窳程度造成影响。它们就是PSRR-dc、PSRR-ac与PSMR。PSRR-dc是在电源供应电压变化相对于ADC增益或是偏移误差中产生变化的比值。这可以藉由最低有效位(LSB)的分式、百分比、或是对数来表示｛PSR=20×log10(PSRR)｝，以dB计量，而且通常是设定于dc。
然而，这种方法只能够显示ADC的单一特定参数会如何的随着电源供应电压的变化而改变，因此无法对转换器的耐用性提出证明。比较好的方法是将一组ac信号加诸于dc电源供应——PSRR-ac之上，以测试电源涟波拒斥，进而透过转换器的电路主动耦合信号(噪声来源)。这种方法从根本去进行对于转换器的衰减，将自身当成在特定振幅下来自于转换器噪声层之上的突波(噪声)。这将可以呈现转换器在一定量注入的噪声与振幅下会在何处发生损坏。这也能让设计厂商了解到电源供应噪声会对信号产生多少影响，或是加诸于信号上。
以不同方式影响转换器的PSMR，能够告诉设计厂商转换器对于电源噪声的效应有多敏感，因为它会藉由模拟输入信号的应用来加以调变。其效应会随着加诸于转换器IF(中频)频率的调变而显现，而且假如电源供应器没有经过小心的设计，可能会在载波边带或是沿着载波边带造成大破坏。
总而言之，电源供应噪声应该要经过测试，并且以如同其他转换器输入的方式加以处理。用户对于系统电源供应噪声的了解是很重要的。如果不够了解，那么电源供应噪声就会使转换器的噪声层升高，并且限制整个系统的动态范围。
电源供应测试
图1所示为在系统电路板上ADC的PSRR量测。每一组电源都要个别量测，以便在测试期间ac信号加诸于电源供应上时，对ADC的动态行为获得较佳的观点。以像是100 uF非极化电解的高电容值开始。针对电感器，使用1 mH做为dc电源供应的ac阻断器。这常常被称为“bias-T”，而且能够以连接器式外壳封装(packaged-connectorized housing)的型态购买。
使用示波器来量测ac信号的振幅，必须在量测期间将示波器探针置于电力进入ADC电源接脚处。为了要让事情更简单，先将加诸于电源ac信号的量定义为与转换器输入全量(full scale)相关的值。举例来说，假如ADC的全量为2 Vpp，那就使用200 mVpp或是-20 dB。其次，以转换器的输入接地(不加以任何模拟信号)，搜寻处于测试频率中来自于噪声层／FFT频谱的错误突波，如图2中所示。要计算PSRR的话，只要从出现在FFT频谱的错误突波值减去-20dB即可。举例来说，假如错误突波出现在距离噪声层80 dB处，那么PSRR就是-80 dB--20 dB或是-60 dB，(PSRR=错误突波(dB)一示波器量测(dB))。-60 dB的值看起来似乎不多，但是我们换成以电压来观察时，它相当于1 mV／V(或是10-60／20)，对于任何转换器技术手册当中的PSRR规格来说，这是相当不寻常的。
下一个步骤是改变ac信号的频率与振幅，藉以将你系统电路板中ADC的PSRR凸显出来。大部分技术手册中的数字都是典型的，而且可能只会设定最差状况的运作条件或是最差的执行电源。举例来说，相对于其他的电源，+5V模拟电源供应有可能是最差的。假如没有完整设定的话，要确定所有的电源都已经加以设定，或是询问工厂以取得此数据。这可以让设计厂商对每组电源设置适当的设计限制。
请记得，在使用LC设置进行测试PSRR／PSMR时会有一项缺点。当所需的频带被清除时，在波形产生器输出上用以在ADC电源接脚上达成所需输入位准的所需信号位准可能必须要非常的高。这是因为LC设置会在某些频率下依据所选取的值而形成陷波滤波器。这会在陷波处大幅的提高接地电流，并且进入到模拟输入当中。想要应付这种情况，只要在会导致量测困难之频率下进行测试时，更换新的LC值就可以了。此处也应该要注意的是在DC下所造成通过LC网络的耗损。记得量测在ADC电源接脚上的DC电源，以便对该耗损加以补偿。举例来说，+5V的电源在通过你的系统电路板LC网络之后，可能只会读取到+4.8 V。只要将电源供应电压调升至能够补偿耗损即可。
PSMR的量测基本上与PSRR是采用相同的方式。然而，在量测PSMR时会在测试设定中加入一个模拟输入频率，如图3中所示。
另一项差异则是调变或错误信号只会加诸于低频率上，这是为了要以套用至转换器上模拟输入频率来检视此信号的混合效应。这项测试通常会使用1-100kHz的频率。此错误信号的振幅也能够相对恒定，只要错误信号(混合后的产品)能够在基础的周围被看到。然而，为了要检查以确定这个值是恒定的，将所使用调变后错误信号的振幅加以改变也会是值得进行的。为了要取得最终结果，在最高(最差)调变突波与基础的振幅之间的相对差异，将可用以决定PSMR规格。图4所示为一个经过量测之PSMR FFT频谱的范例。
电源供应噪声分析
对于转换器以及对于系统基本上来说很重要的，就是在任何特定输入上的噪声不会对性能造成影响。现在PSRR以及PSMR已经获得定义，并且也了解了它们具有什么样的重要性，接着将会引述一些范例，以便了解如何应用这些量测所得的数字。以下的范例应该可以阐明要注意些什么，以及在了解了符合系统设计需求的电源供应噪声时，要如何设计出适当的方式。
首先挑选转换器，然后挑选稳压器、LDO、转换开关或是其它。并非任何的稳压器都能够使用。根据技术手册检查稳压器的噪声与涟波规格，以及其交换频率(假如有使用转换开关时)。典型的稳压器在100 kHz带宽上应该会具有10?V的rms噪声。假设其噪声为白噪声，此相当于在所需波段上31.6 nVrms／rt-Hz的噪声密度。
其次检查转换器的电源涟波拒斥规格，以便了解转换器会因为电源中的噪声而导致性能降级的位置。对于大多数处于第一耐奎斯特区域fs／2的高速转换器来说，60dB(1mV／V)是典型值。假如没有提供的话，那么依照上述的方式将其量测出来，或是询问TU联络人。
使用一组具有2Vpp full-scaIe输入范围、78dBSNR(信号噪声比)，以及125 MSPS采样率、噪声层为11.26 n Vrms的16位ADC。不论是来自于何种信号源的噪声都必须被维持在此噪声层以下，以避免被转换器发现。在第一耐奎斯特区域中，转换器的噪声将会是89.02μV rms(11.26 nVrms／rt-Hz)×sqrt(125MHz／2)。虽然稳压器的噪声(31.6 nv／rt-Hz)超过了转换器噪声的两倍，但是记得要清楚说明转换器的60 dB PSRR会将开关的噪声压制在31.6 pV／rt-Hz(31.6 nV／rt-Hz×1 mV／V)。此噪声远低于转换器的噪声层，因此稳压器的噪声将不会使转换器的性能降级。
电源的滤波、接地、以及布局也很重要。增加0.1μF的电容到ADC电源供应接脚上，将能够使噪声降低至比上述所计算的还少。请记得某些电源接脚会汲取较多的电流，或是比其它的接脚更加敏感。因此谨慎的使用去耦，但是也要留意到在某些电源接脚上可能会需要额外的去耦电容。在电源供应器输出上增加一组简单的LC滤波器也可能有助于噪声的降低。然而，在使用开关时，一组串级滤波器(cascadedfilter)能够抑制更多的噪声。记得每一组额外的级都会有近乎20 dB／decade的增益。
最后一点就是要进行关于上述的分析，这是只针对单一转换器而言。假如系统中有包含多个转换器或是通道时，方法就要有所改变。举例来说，超音波采用了多组A／D转换器信道，这些信道会以数字方式加总，藉以提高动态范围。这种方法基本上只要通道数量加倍，就会将转换器／系统的噪声层向下推3 dB。利用以上的范例来举例，假如使用了两组的转换器，转换器的噪声层将会减半(-3 dB)，而若使用四组转换器则为-6 dB。这是真实的情况，因为每组转换器都可以被视为是不相关的噪声来源。不相关的噪声来源能够加以和方根(RSS)处理，因为这些噪声来源都是独立的，而且在那瞬间彼此是没有关联的。最后，随着通道数量的增加，对电源供应设计的约束更多，而系统的噪声层会因而降低，并且变得更加的敏感。
结论
任何一种能够实现的方法都不能将你的应用装置中所有的电源噪声完全消除掉。也没有系统能够完全不会受到非所需电源供应交互作用的影响。因此，身为ADC使用者的设计厂商在电源供应器的设计以及布局阶段期间必须要主动。这里有一些有用的诀窍，用以将Pc电路板上的噪声免疫能力最大化。
1、将所有进入系统电路板的电源供应轨以及总线电压去耦。
2、请记得每一组额外的滤波级都会有近乎20 dB／decade的增益。
3、假如电源的导线很长，并且配有特殊的IC、零件、以及／或是区域时，要将增益去耦。
4、针对高与低频率加以去耦。
5、通常会在电源进入点，就在去耦电容器接地之前使用串联的铁氧体磁珠。每一组进入到系统电路
板的供应电压，不论其来自干LDO或是转换开关稳压器都应该依此方式处理。
6、对于增加的电容使用紧密堆栈的电源与接地面(小于4mm的间距)，这可以为PCB设计提高本身的高频率去耦能力。
7、就像任何良好的电路板布局一样，让电源远离敏感的模拟电路一像是ADC的前端级与频率电路。
8、良好的电路分隔是关键要素，而且为了增加隔离性，某些组件可能要设置于PCB的相对侧。
9、注意接地回返路径特别是在数字端，以确保数字瞬时不会发生回返至电路中模拟区域的状况。在
某些情况下，分割接地面可能也是个有用的方法。
10、将模拟与数字参考组件维持在其各自的平面上。这种常用的方法可以确保对于噪声以及耦合的交互作用提高隔离度。
11、遵循IC生产厂商的建议；假如他们在应用注记或是技术手册中并未直接陈述的话，那么就研究一下评估用电路板。这样将可以使大计划开始进行。
对于电源供应敏感性与高速转换器之间的关联，以及其为何会对用户系统的动态范围如此重要，笔者希望已经提供给读者们一个清楚的视野。每个人都应该了解布局的技术，以及实现系统电路板中ADC技术手册规格所需的硬件。