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位元類比數位轉換器公板，并將SP元件公司所開發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數位卡的區塊示意圖。

　　圖3：具備LMX2531與LMH6554的ADQ108系統的區塊示意圖。

　　圖4：具備ADX的混合式類比數位轉換器頻譜。

　　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。

　　超高速類比數位轉換器之支援電路系統

　　藉由使用如ADC083000的資料轉換器能使系統達到高階的效能，但也必須先確認支援的電路系統也具備足夠的效能。支援電路系統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象類比數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，且能在整數與分數模式中以高達104MHZ的相位偵測率來運作。

　　LMH6554為業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塊示意圖。

　　圖5：典型的系統區塊示意圖。

　　結論

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