精密模数转换器应用广泛，如仪器仪表和测量、电力线继电保 护、过程控制、电机控制等。目前，SAR 型ADC 的分辨率可 达18 位甚至更高，采样速率为数MSPS；Σ-Δ 型ADC 的分辨 率则达到24 位甚至32 位，采样速率为数百kSPS。为了充分 利用高性能ADC 而不限制其能力，用户在降低信号链噪声方面面临的困难越来越多。而杂散信号可能源于ADC周围的不合理电路，也有可能是因恶劣工作环境下出现的外部干扰而导致。
针对高分辨率、精密ADC应用中的杂散问题，本文将介绍几种判断其根本原因的方法，并提出相应的解决方案。这些技术和方法将有助于提高终端系统的EMC能力和可靠性。
本文将针对五种不同的应用情况阐述用于降低杂散的特定设计解决方案：
- 由控制器板上的DC-DC电源辐射而导致的杂散问题。
- 由AC-DC适配器噪声通过外部基准源而导致的杂散问题。
- 由模拟输入电缆而导致的杂散问题。
- 由模拟输入电缆上的耦合干扰而导致的杂散问题。
- 由室内照明设备导致的杂散问题。
杂散与SFDR
众所周知，无杂散动态范围(SFDR)表示可从大干扰信号分辨出的最小功率信号。对于目前的高分辨率、精密ADC，SFDR一般主要由基波频率与目标基波频率的第二或第三谐波之间的动态范围构成。然而，由于系统其他方面的因素，可能会导致杂散产生并限制系统的性能。
这些杂散可分为输入频率相关杂散和固定频率杂散。输入频率相关杂散与谐波或非线性特性有关。本文将重点分析由电源、外部基准源、数字连接、外部干扰等造成的固定频率杂散。根据应用情况，可降低或完全避免这些类型的杂散，以助于实现最佳的信号链性能。
由ADC周围DC-DC电源而导致的杂散问题
由于DC-DC开关稳压器会产生较高的纹波噪声，通常建议将LDO作为在精密测量系统中为精密ADC生成低噪声电源轨的解决方案。固定频率或脉宽调制开关稳压器会产生开关纹波，该纹波一般位于几万至几兆赫兹固定频率处。固定频率噪声可能会通过ADC的PSRR机制馈入ADC转换代码中。
某些设计师可能会因电路板空间有限或预算问题而在精密ADC应用中采用DC-DC开关稳压器。为了实现理想的信号链性能，他们必须限制纹波噪声或使用高PSRR ADC，以确保这些纹波噪声低于ADC噪底。否则，在ADC输出频谱的开关频率处可能会出现杂散，这有可能会使信号链的动态范围降级。
AD7616 是一款16位数据采集系统(DAS)，支持在电力线监控中对16个通道进行双路同步采样。该器件具有很高的PSRR，将能有效地抑制/衰减开关纹波。例如，将一个在100 kHz处有100 mV峰峰值纹波噪声的DC-DC开关电源用于AD7616，VCC为5 V，±10 V输入范围。
则因纹波导致的数字码噪声为：
对于一个16位转换器而言，ADC输出端出现的这种纹波电平是非常低的。ADC的高PSRR性能使得设计师们也可以在精密测量系统中采用开关稳压器。
图1.AD7616 PSRR与纹波频率的关系
因DC-DC电源辐射而导致的杂散问题
仅仅使用高PSRR ADC并不能保证开关稳压器在精密测量系统中不会造成任何问题。开关稳压器产生的纹波噪声可能会通过其他方式馈入ADC的数字码中。
AD4003 是一款低噪声、低功耗、高速、18位、2 MSPS精密逐次逼近型寄存器(SAR) ADC。在eval-AD4003FMCZ评估板交流性能测试过程中，在277.5 kHz附近出现约–115 dBFS的杂散电平；该杂散及其第二谐波如图2所示。
