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直到最近，諸如高精度電機控制或等離子蝕刻機等工業應用仍然無法充分利用先進高速數據轉換器的功能。由于這些系統監視一個頻率為數百千赫的小輸入信號，以及其更小的諧波，它們對于高速數據轉換器的1/f噪聲或閃爍噪聲非常敏感（請見圖1）。

圖1：出現1/f噪聲時的所需信號與其諧波

不幸的是，對于這些應用來說，高速模數轉換器 (ADC) 正在向更加精細、更加先進的處理參數發展。雙極晶體管的1/f噪聲轉角大約為100kHz；對于互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 晶體管來說（取決于實際的處理參數），這個值大約為10MHz，或者更大。所以，與雙極晶體管相比，CMOS ADC的1/f噪聲轉角要差/高很多，并且與很多工業應用中使用的極低頻率輸入范圍直接重疊在一起。

不過，你可以用一個被稱為斬波前端的很巧妙，但是很有效的設計特性來克服這個限制。很多工業應用的設計人員已經發現了全新的ADC3k系列，這是因為這款器件配備了一個內部斬波前端。

斬波特性的工作方式

“斬波”這個名稱來自很多年前的一個電路；這個電路將DC電壓輸入轉換為一個可變DC輸出電壓。在現代的電子器件中，去掉周圍有害噪聲的各種不同開關電路都被歸為斬波電路。

在ADC3k中，斬波的主要思路在于，將1/f噪聲傳輸為一個不同的頻率范圍，遠離靠近DC的輸入信號。基本上，斬波電路由一個無源混頻器（工作頻率為采樣率的一半）和某些數字邏輯電路組成。基本上，無源混頻器將采樣剛剛開始前的輸入頻譜反轉，而不是將1/f噪聲移到較遠的地方。因此，它將低頻輸入信號轉移到ADC那奎斯特區域的另一端。如圖2中所示，采樣后，數字混頻器將頻譜再次反轉，將所有內容都變回到它們原來的位置上。

圖2：ADC3244的斬波實現細節

運行中的斬波

斬波被禁用的快速傅里葉變換 (FFT) 頻譜（圖3，左側）顯示了輸入信號，以及靠近DC的1/f噪聲。在啟用斬波特性后，輸入信號在10MHz上保持不變，而低頻1/f噪聲現在被移動到Fs/2上的那奎斯特區域的另一端。

這個斬波特性的確帶來了一個額外的、有害的副產品。正如你在圖3右側的FFT曲線圖中看到的那樣，這個無源混頻器在Fs/2還產生一個較大的雜散。這被稱為本地振蕩器 (LO) 饋通，其中的LO輸入被耦合到輸出頻譜中。這個雜散，連同有害的1/f噪聲，遠離的我們所關心得頻率范圍；然而，你可以使用數字濾波器將二者全都消除。

圖3：斬波被禁用的10MHz輸入信號（左側），以及斬波被啟用的10MHz輸入信號（右側）

傳統上，在低頻范圍內需要極佳噪聲性能的工業應用有可能只使用基于雙極晶體管的高速ADC，這些ADC提供最低的1/f噪聲系統配置。斬波是一個創新特性，它消除了CMOS轉換器的這個內在缺點。增加斬波特性使得系統設計人員能夠利用先進的、功耗低很多的CMOS數據轉換器。

在你的下一個設計中，你會使用一個由斬波穩定的ADC嗎？請在下方給我們留言。

其它資源

• 進一步了解TI的高速工業用ADC。

• 在TI E2E? 社區高速數據轉換器論壇中提問、分享知識，拓展思路。

• 閱讀ADC3244 數據表。