時鐘抖動時域分析（二）

引言

本系列文章共三個部分，第 1 部分重點介紹了如何準確地估算某個時鐘源的抖動，并將其與 ADC 的孔徑抖動組合。在本文即第 2 部分中，這種組合抖動將用于計算 ADC 的信噪比 (SNR)，之后將其與實際測量情況進行比較。

濾波采樣時鐘測量

我們做了一個試驗，目的是檢查測得時鐘相位噪聲與提取自 ADC 測得 SNR 的時鐘抖動的匹配程度。如圖 11 所示，一個使用 Toyocom 491.52-MHz VCXO 的 TI CDCE72010 用于產生 122.88-MHz 采樣時鐘，同時我們利用 Agilent 的 E5052A 來對濾波相位噪聲輸出進行測量。利用一個 SNR 主要受限于采樣時鐘抖動的輸入頻率對兩種不同的 TI 數據轉換器（ADS54RF63 和 ADS5483）進行評估。快速傅里葉變換 (FFT) 的大小為 131000 點。

圖 11 濾波后時鐘相關性測試裝置結構

圖 12 所示曲線圖描述了濾波后 CDCE72010 LVCMOS 輸出的測得輸出相位噪聲。131000 點的 FFT 大小將低積分帶寬設定為 ~500 Hz。積分上限由帶通濾波器設定，其影響在相位噪聲曲線圖中清晰可見。超出曲線圖所示帶通濾波器限制的相位噪聲為 E5052A 的噪聲底限，不應包括在抖動計算中。濾波后相位噪聲輸出的積分帶來 ~90 fs 的時鐘抖動。

圖 12 濾波后時鐘的測得相位噪聲

接下來，我們建立起了熱噪聲基線。我們直接從 ~35 fs 抖動的時鐘源生成器使用濾波后采樣時鐘對兩種 ADC 采樣，而 CDCE72010 被繞過了。將輸入頻率設定為 10 MHz，預計對時鐘抖動 SNR 無影響。然后，通過增加輸入頻率至 SNR 主要為抖動限制的頻率，確定每個 ADC 的孔徑抖動。由于采樣時鐘抖動遠低于估計 ADC 孔徑抖動，因此計算應該非常準確。另外還需注意，時鐘源的輸出振幅應會增加（但沒有多到超出 ADC 的最大額定值），從而升高時鐘信號的轉換率，直到 SNR 穩定下來為止。

我們知道時鐘源生成器濾波后輸出的外部時鐘抖動為 ~35 fs，因此我們可以利用測得的 SNR 結果，然后對第 1 部分（請參見參考文獻 1）中的方程式 1、2 和 3 求解孔徑抖動值，從而計算得到 ADC 孔徑抖動，請參見下面的方程式 4。表 3 列舉了每種 ADC 測得的 SNR 結果以及計算得孔徑抖動。

表 3 測得的 SNR 和計算得抖動