对高速 信号 启动高分辨率的数字化处置需慎重选用 时钟 ,才不至于使其影响 模数转换器 ()的性能。借助本文,咱们将使读者更好地理解时钟颤抖疑问及其对高速C性能的影响。
咱们将以凌力尔特(LTC) 最新 推出的高性能16位、160Msps的ADC LTC2209为例启动说明。LTC2209具有77.4dB的信噪比(SNR),100dB 基带无寄活泼态范畴(SFDR)。
与当今市场上的许多高速ADC一样,LTC2209也经常使用采样-坚持(S&H)电路,该电路实质上是对ADC输入的点取(Snapshot)。当采样-坚持开封锁合后,ADC输入 网络 被连至采样 电容 。在开关关上的那一刻(1/2时钟周期后),采样电容上的电压被记载并坚持。
开关关上期间上的变异被称为孔径不确定性(aperture uncertnty),或称为颤抖,它将发生一个与颤抖或输入信号斜率成比例的误差电压。换句话,输入频率越快、幅值越高,则越易受时钟源的影响。图1显示的是斜率与颤抖的相关。
钟形容为“低颤抖”已变得简直毫有意义。这是由于它对不同的关注者象征不同。对可 编程 逻辑供应商来说,30皮秒、甚至50皮秒都可被以为是低颤抖的;相反的,依据输入频率的不同,高性能ADC须要的时钟颤抖应在1皮秒以内。
在频谱的最上流将出现满量程信号,否则与对最高频率成分的便捷化处置不同,更准确地来讲,采样后信号的频谱功率散布才是选择性要素。举个简化的例子,从到1MHz的平均频带功率在1MHz的等值功率时比单频或窄带的灵便度低6dB。
何状况下,都有各种要素会形成颤抖,除ADC自身外部的孔径颤抖外,还有 振荡器 、各种频率宰割器、 时钟缓冲器 和由 耦合 效应引入的任何噪音等其它多种要素。
C2209的外部孔径颤抖是70fsec(1fsec=10-15秒)。就LTC2209和LTC其它高速16位系列ADC所体现出的性能看,在某些采样状况下,0.5皮秒的颤抖(大多振荡器供应商所能提供的最高目的)就可对SNR发生显著影响。选择所须要的颤抖性能的不是ADC,而是详细采样状况。
在140MHz输入频率下具有77dB SNR的ADC都须要相反的颤抖性能,以便不折不扣地成功数据手册上标注的SNR。就颤抖性能来说,选择性要素是输入频率而非时钟频率。就LTC2209来说,带10皮秒颤抖的时钟将在1MHz输入频率仅发生0.7dB的SNR损耗。在140MHz,SNR将被降低至41.1dB。
图2显示的是作为采样输入频率函数的时钟颤抖对LTC2209的SNR的影响,它包含从完美时钟到带100皮秒颤抖时钟所逐渐参与的一系列时钟曲线。在100皮秒,ADC的SNR在输入仅为200kHz时就开局好转。
时钟颤抖对SNR影响的实践极限是:
其中,fin是输入频率、s是以均方根()秒示意的颤抖。
与颤抖相关的噪声功率与输入功率(dBFS)成比例。随着输入电平的增高或降低,与颤抖相关的噪声成分也相应扭转。例如,若咱们在70MHz IF有-1dBFS的输入信号并用带1皮秒颤抖的时钟启动采样,则咱们可预期一个68dBFS的SNR。在-5dBFS,与颤抖相关的噪声成分将降低4dB、达72dBFS。