PCB層級中時序交錯式超高速ADC解決方案

　　美國國家半導體公司在最近推出了一張配備兩個ADC083000具備3GSPS的8位元類比數(shù)位轉換器公板，并將SP元件公司所開發(fā)的演算法整合在公板上。其中采用ADX技術的資料轉換器為交錯式，并嵌入公板上FPGA中。圖3所示為速率7GSPS數(shù)位卡的區(qū)塊示意圖。

　　圖3：具備LMX2531與LMH6554的ADQ108系統(tǒng)的區(qū)塊示意圖。

　　圖4：具備ADX的混合式類比數(shù)位轉換器頻譜。

　　圖4所示為SP元件公司ADQ108資料收集卡的輸出頻譜效能圖。我們需要特別留意其中的峰值突波是來自於調和失真所造成的，且交錯突波也已經明顯的被削減掉。

　　超高速類比數(shù)位轉換器之支援電路系統(tǒng)

　　藉由使用如ADC083000的資料轉換器能使系統(tǒng)達到高階的效能，但也必須先確認支援的電路系統(tǒng)也具備足夠的效能。支援電路系統(tǒng)的重要關鍵元素如下：

　　1)高效能與低抖動時脈源

　　2)使用高線性化、低雜訊的放大器或使用平衡與非平衡轉換器來驅動類比數(shù)位轉換器輸入

　　LMX2531或LMX2541之時脈合成器都因為能產生低抖動現(xiàn)象類比數(shù)位轉換器的時脈訊號而被推薦使用，而LMH6554則能用來驅動類比數(shù)位轉換器的類比輸入訊號。

　　LMX2531整合了PLL與VCO兩個元件，使能讓雜訊底部優(yōu)於-160dBc/Hz.其晶片具備多種不同的版本可以符合從553百萬赫茲到2790MHZ的頻帶范圍各種不同頻率的需求。

　　為了能達到更高輸入頻率的訊號雜訊比效能，因此LMX2541由於具有較低相位雜訊而成為合適的時脈源。LMX2541在頻率21億赫茲的狀況下會產生小於2微弧度(mrad)的均方根雜訊;以及在頻率35億赫茲的狀況下會產生3.5微弧度的均方根雜訊。LMX2541的PLL會產生-225dBc/Hz的標準化雜訊底部，且能在整數(shù)與分數(shù)模式中以高達104MHZ的相位偵測率來運作。

　　LMH6554為業(yè)界最高效能的差動放大器。其低阻抗的差動輸出特性可用來驅動類比數(shù)位轉換器的輸入訊號并在任何中間濾波過程中使用。這個具備寬頻的全功能差動放大器可以驅動8到16位元的高速類比數(shù)位轉換器且在頻率800MHZ的狀況下得到0.1dB的增益值，在頻率250MHZ的狀況下得到72dBc的SFDR，以及擁有0.9nV/sqrtHz的低輸入電壓雜訊效能。

　　當LMH6554將峰值對峰值2V的電壓驅動進入低到200歐姆的負載時，便能以頻率75MHZ來線性傳遞16位元的訊號。經由外部增益電阻器以及整合共模回饋，LMH6554也可以應用於差動與差動訊號間或是單端與差動訊號間。而放大器會提供高達18GHZ的大訊號頻寬、8dB的雜訊指數(shù)以及6，200V/us的擺動速率。

　　圖5所示為一組使用上述所提到的支援元件的區(qū)塊示意圖。

　　圖5：典型的系統(tǒng)區(qū)塊示意圖。

　　結論

　　本文說明關於設計時序交錯式高速類比數(shù)位轉換器時所面臨到的挑戰(zhàn)與幾種解決方案。現(xiàn)在由於交錯方*的不斷演進及低抖動時脈源與高效能放大器的出現(xiàn)，讓超越6GSPS速率時仍然維持絕佳的動態(tài)效能得以實現(xiàn)。