電源噪聲對模數轉換器性能的影響

王力 武杰

（中國科學技術大學近代物理系核探測與核電子學國家重點實驗室 合肥 230026）

模數轉換器（Analog-to-Digital Converter，ADC）是核電子學信號處理系統的重要組成部分，電源噪聲是影響ADC性能的重要因素。高精度ADC需要低噪聲電源，大多數ADC數據手冊推薦采用低壓差線性穩壓器（Low Drop Output，LDO）為高精度ADC供電以便達到最佳性能。LDO噪聲較小，但是其效率取決于電壓的輸出輸入之比，電源效率較低［1］。在很多場合，不僅需要精密測量，而且需要提高電源效率，例如便攜式核輻射檢測儀、采用電池供電的可穿戴設備、傳感器網絡等，在這些場景中，電源效率越高，電池使用時間越長，電源設計越簡單，維護越少［2］。

在實際應用中，為了提高電源效率，也常用開關電源（DC-DC Switching）為ADC 供電。文獻［3］為廣角大氣熒光/切侖科夫光探測器陣列設計了數字電源模塊，采用了開關電源為模塊中的ADC 供電，并且研究了兩種不同的開關電源布局對電路噪聲的影響。文獻［4］設計了數字化X熒光儀的電源，它也使用了開關電源為ADC供電，它通過提高開關電源的開關頻率及LC 濾波的方式來降低開關電源的噪聲，從而提高譜線能量的分辨率。如何有效降低電源噪聲，以體現最佳的ADC 的性能，是探測器設計的一個重要環節。一般開關電源轉換效率可達90%以上，遠高于LDO，所以使用開關電源為ADC 供電最大的好處是可以提高供電效率，但開關電源的問題是噪聲和紋波比較大。電源的噪聲是否會對ADC 的性能產生影響，影響的途徑又有哪些，是一個值得研究的問題。……