如何改善高速ADC時(shí)鐘信號(hào)

您在使用一個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)時(shí)，總是期望性能能夠達(dá)到產(chǎn)品說明書載明的信噪比(SNR)值，這是很正常的事情。您在測試ADC的SNR時(shí)，您可能會(huì)連接一個(gè)低抖動(dòng)時(shí)鐘器件到轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘輸入引腳，并施加一個(gè)適度低噪的輸入信號(hào)。如果您并未從您的轉(zhuǎn)換器獲得SNR產(chǎn)品說明書標(biāo)稱性能，則說明存在一些噪聲誤差源。如果您確信您擁有低噪聲輸入信號(hào)和一種較好的布局，則您的輸入信號(hào)頻率以及來自您時(shí)鐘器件抖動(dòng)的組合可能就是問題所在。您會(huì)發(fā)現(xiàn)“低抖動(dòng)”時(shí)鐘器件適合于大多數(shù)ADC應(yīng)用。但是，如果ADC的輸入頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)換器的SNR較高，則您可能就需要改善您的時(shí)鐘電路。

低抖動(dòng)時(shí)鐘器件充其量有宣稱的1微微秒抖動(dòng)規(guī)范，或者您也可以從一個(gè)FPGA生成同樣較差的時(shí)鐘信號(hào)。這會(huì)使得高速ADC產(chǎn)生SNR誤差問題包括ADC量化噪聲、差分非線性(DNL)效應(yīng)、有效轉(zhuǎn)換器內(nèi)部輸入噪聲和抖動(dòng)。利用方程式1中的公式，您可以確定抖動(dòng)是否有問題，公式給出了外部時(shí)鐘和純ADC抖動(dòng)產(chǎn)生的ADC SNR誤差。

方程式1

在該方程式中，fIN為轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)頻率。另外，tJITTER-TOTAL為時(shí)鐘信號(hào)和ADC時(shí)鐘輸入電路的rms抖動(dòng)。請(qǐng)注意，fIN并非時(shí)鐘頻率(fCLK)。外部時(shí)鐘器件到ADC的1微微秒抖動(dòng)適合于一些而不是所有高速ADC應(yīng)用，如圖1所示。

圖1：抖動(dòng)產(chǎn)生的SNR為輸入信號(hào)的函數(shù)。

方程式1讓您能夠計(jì)算出特定ADC的要求時(shí)鐘抖動(dòng)估計(jì)值。例如，一個(gè)70dB SNR的ADC，輸入信號(hào)為100MHz，您可以計(jì)算得到tJITTER_TOTAL的值為503微微秒。如果輸入ADC孔徑抖動(dòng)為150微微秒，則由方程式2可得到一個(gè)較高的外部時(shí)鐘抖動(dòng)要求估計(jì)值。

方程式2

在方程式2中，tJITTER-CLK為注入ADC時(shí)鐘的抖動(dòng)，而tJITTER-ADC為ADC的孔徑抖動(dòng)、時(shí)鐘振幅和斜率。繼續(xù)我們的估算，我們讓tJITTER-ADC只與ADC的150微微秒內(nèi)部抖動(dòng)相等，并忽略時(shí)鐘振幅和斜率的影響。利用方程式2，tJITTER-CLK的高估值為480微微秒。

在本文中，我們只初步研究了改善高速ADC時(shí)鐘信號(hào)背后存在的一些問題。我們需要更多地關(guān)注時(shí)鐘振幅和斜率，因?yàn)樗鼈冇绊懴到y(tǒng)抖動(dòng)。另外，我們還需要知道如何實(shí)施低抖動(dòng)時(shí)鐘電路的硬件部分。

在本文介紹的第二種時(shí)鐘設(shè)計(jì)之中，您需要認(rèn)真關(guān)注幾件事情。時(shí)鐘抖動(dòng)在ADC輸入頻率和實(shí)際時(shí)鐘抖動(dòng)方面影響ADC的SNR性能。另外，不要總是相信時(shí)鐘器件廠商！在您轉(zhuǎn)向產(chǎn)品以前，請(qǐng)使用ADC廠商提供的評(píng)估板來測試您的時(shí)鐘源。您會(huì)對(duì)最終結(jié)果更為欣喜。