如何收斂高速 ADC 時序

更高速的 ADC 在轉換器輸出和接收機輸入之間有嚴格的時序要求；知道如何利用產品說明書數字來保證無錯誤數字傳輸。

最近幾年，高速、高精度的模數轉換器 (ADC) 變得疾速。在 2006 年，一款業界一流的 12-位轉換器才達到 250 兆采樣/秒 (MSPS)。而今天，這一速度已經翻了一番，達到了 500 MSPS。14-位和 16-位精度的類似發展趨勢也日益明顯。這表明，在比特精度不變的條件下，ADC 速度正以幾乎每年翻一番的速度發展。采樣速率增長的結果是，收斂數字時序來確保您終端系統的數據完整性正變得越來越重要。

要收斂時序，需在 ADC 和數字接收機產品說明書中找到建立時間 (tsu) 和保持時間 (th)。建立時間是接收機時鐘沿之前數據必須有效的時間，而保持時間是時鐘沿之后 ADC 數據必須有效的時間量（請參見參考文獻1）。ADC 的建立時間和保持時間加在一起便決定了時間數據是否有效。這樣，長建立時間和保持時間是 ADC 的一種理想狀態。

同樣，對于數字接收機來說，通過增加建立時間和保持時間，您可以獲得規定的數據有效時間。這種情況下，數值越小越好。要收斂時序，ADC數據有效時間應該始終大于接收機的輸入要求數據有效時間。

通常情況下，ADC 產品說明書有兩套時序數：一套用于輸入時鐘；另一套用于輸出時鐘。要知道您的應用使用哪一套，需考慮有多少 ADC 數字總線連接到您的數字接收機。不管您是什么樣的應用，收斂時序時請始終使用最小值欄中的值，因為它們代表極端情況。

在一個 ADC 輸出總線和一個數字接收機的最簡單情況下，數字接收機的默認時鐘連接會使用 ADC 時鐘輸出，有時稱作數據準備 (dataready) (DRY）。利用這種設計方法，您可以最大化 ADC 的建立和保持時間。使用參考輸出時鐘的產品說明書數值。

為什么？簡而言之，我們必須了解 ADC 內部的輸出緩沖。ADC 輸出緩沖的時序隨半導體工藝、緩沖電壓電平和溫度的差異而不同。使用 ADC 的時鐘輸出時，工藝、電壓和溫度的差異等同地作用于 ADC 數字和時鐘輸出。這就避免了時鐘和數字輸出之間延遲的增加，從而最大化 ADC 建立時間和保持時間。

當一個系統中出現多個 ADC 時，需考慮兩種截然不同的情況。第一種情況中，需考慮的狀態是：這些 ADC 均安裝在同一顆 IC 上，并且每條全數字輸出總線僅提供一個時鐘輸出。（例如，在 ADS62P45 設計里，TI 將兩個 ADC 集成到一顆 IC 中。）由于所有 ADC 通道都在同一顆 IC 上，因此工藝 、電壓和溫度處處都相同。這樣，對于最大 ADC 建立時間和保持時間來說，設計人員應該在多個 ADC 數字總線中使用 ADC 的時鐘輸出來鎖閉；假設能夠以這種方式來配置接收機。這種情況與前面介紹的情況類似，您可以使用被稱為 ADC 產品說明書輸出時鐘的建立時間和保持時間。

另一種情況中，您有多個連接單時鐘接收機的 ADC IC，則您必須使用參考時鐘輸入的 ADC 時序數。即使您仍然在多個 ADC IC 輸出中使用 ADC 時鐘輸出來鎖閉，您也需要使用參考 ADC 時鐘輸入的時序數來收斂時序。至少，不同 IC 之間的半導體工藝會不同，從而帶來更大的延遲，并最小化 ADC 建立時間和保持時間。但是，如果您可以使用器件最小值收斂時序的話，那么您就可以保證接口比特誤差不會因時序而出現。

作者簡介

Joe Venable 現任 TI 高速數據轉換器系統與應用工程經理。在過去的 8 年中，他曾擔任過模擬半導體應用與系統的各種職位，主要負責數據轉換器、醫學和寬帶通信。

他畢業于俄亥俄州立大學哥倫布分校 (Ohio State University, Columbus)，獲電子工程理學士學位。Joe 撰寫了多篇關于模擬的文章和應用手冊，并且多次組織并舉辦了數據轉換器研討會。