模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘優(yōu)化:測(cè)試工程觀(guān)點(diǎn)

作者：時(shí)間：2011-12-05 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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TOM: 5px; MARGIN-LEFT: 0px; LINE-HEIGHT: 15px; PADDING-TOP: 0px; FONT-FAMILY: Arial, Helvetica, sans-serif">重要的是，由于振蕩器的銷(xiāo)售商不會(huì)使用相同的方法描述或測(cè)量抖動(dòng)，因此在選擇商用振蕩器時(shí)應(yīng)格外注意。確定哪種振蕩器最適用于具體應(yīng)用的實(shí)用方法是，直接在系統(tǒng)中使用數(shù)種振蕩器并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。這可以對(duì)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)（假設(shè)振蕩器銷(xiāo)售商保持合理的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)）。更好的方法是聯(lián)系振蕩器的制造商以獲得抖動(dòng)或相位噪聲數(shù)據(jù)，并且獲得有關(guān)如何最佳地連接該器件的建議。不正確地連接振蕩器可能會(huì)使轉(zhuǎn)換器的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）惡化。

進(jìn)一步的改進(jìn)
如果價(jià)格和性能雙優(yōu)的振蕩器仍不足以滿(mǎn)足要求，可以考慮使用分頻和/或?yàn)V波。式4描述了正弦波振蕩器的輸出：

（4）（4）

兩個(gè)參數(shù)將影響擺率，即信號(hào)頻率（f）和幅度（A）。任一參數(shù)的增加都將使擺率增加并且將系統(tǒng)時(shí)鐘抖動(dòng)減少到更加理想的數(shù)值。通常增加時(shí)鐘頻率更加容易，我們可以使用時(shí)鐘分配電路產(chǎn)生所需的轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘速率，并且將其饋送到系統(tǒng)時(shí)鐘樹(shù)的其他部分。

分頻器在電路元件和電源需求方面將增加成本，并且還將增加抖動(dòng)。添加到時(shí)鐘信號(hào)鏈路的每個(gè)有源元件都將增加總抖動(dòng)。

（5）（5）

在使用分頻器時(shí)，必須考慮所有相關(guān)的參數(shù)。ADI的典型分頻器產(chǎn)品是AD951x系列，僅使抖動(dòng)增加約250 fs。除了內(nèi)建的分頻功能以外，AD951x還擁有諸如時(shí)鐘分配和占空比控制的功能。

值得注意的是，盡管時(shí)鐘分頻器增加了總的抖動(dòng)，但是由于其使頻率降低，因此它們的輸出抖動(dòng)在輸出周期中僅占很少的部分，并且引入更小的誤差。例如，如果鏈路中100 MHz的時(shí)鐘源和其他部件貢獻(xiàn)了800 fs的抖動(dòng)（約為10 ns周期的12.5%），如果時(shí)鐘分頻器將頻率降低到10 MHz，此時(shí)分頻器引入250 fs的抖動(dòng)，所得到的總抖動(dòng)為840 fs，小于100 ns輸出周期的1%。

由式5可看出，最大的抖動(dòng)貢獻(xiàn)者確定總抖動(dòng)，因此時(shí)鐘源的最大抖動(dòng)不應(yīng)超過(guò)最大抖動(dòng)貢獻(xiàn)者的三分之一，但是沒(méi)有必要比其少很多。實(shí)際的選擇取決于應(yīng)用的性能要求，諸如給定頻率范圍上的SNR、所使用的系統(tǒng)元件的特性以及尺寸和成本的限制。

減少相位噪聲
如式5指出的，總抖動(dòng)是來(lái)自時(shí)鐘電路的抖動(dòng)以及時(shí)鐘源和其他插入元件抖動(dòng)的平方和的平方根（RSS）。因此，如果分頻器電路由噪聲特別大的時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)，由于式5主要由最大的抖動(dòng)項(xiàng)確定，因此分頻器電路的作用不會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。在該情況下，可以考慮在時(shí)鐘源和分頻電路之間使用無(wú)源窄帶濾波器。

為了說(shuō)明濾波的優(yōu)點(diǎn)，考慮具有800 fs抖動(dòng)的時(shí)鐘源。如果時(shí)鐘分頻電路放置在時(shí)鐘源和轉(zhuǎn)換器之間，即使分頻電路性能很好，抖動(dòng)也僅能減少到約500 fs。但如果在時(shí)鐘源和分頻電路之間放置5% LC帶通濾波器，就可以將抖動(dòng)減少到250 fs（參看圖9）。

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圖9. 利用時(shí)鐘分頻和濾波減少抖動(dòng)

為了理解濾波器如何改善正弦時(shí)鐘源的抖動(dòng)，可以在頻域中來(lái)探討抖動(dòng)并利用相位噪聲圖估計(jì)抖動(dòng)值。盡管計(jì)算過(guò)程是簡(jiǎn)單的，并且提供了很好的比較方法，但是其并未考慮諸如擺率的非線(xiàn)性因素。因此，該模型所預(yù)測(cè)的抖動(dòng)常常比實(shí)際抖動(dòng)大。

如圖10所示，將相位噪聲圖劃分為數(shù)個(gè)頻率區(qū)域，并且對(duì)每個(gè)區(qū)域的噪聲功率進(jìn)行積分。這可以確定每個(gè)區(qū)域貢獻(xiàn)的抖動(dòng)以及時(shí)鐘源的總抖動(dòng)（通過(guò)RSS求和）。這些公式中，f₀是載波頻率。由于圖10中的相噪圖為兩個(gè)邊帶之一，因此總體相位噪聲應(yīng)乘以。

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圖10. 利用相位噪聲計(jì)算抖動(dòng)

考慮具有800 fs抖動(dòng)的時(shí)鐘源。繪制該時(shí)鐘源的相位噪聲圖（圖11），這樣可以容易地確定大的抖動(dòng)來(lái)自頻域中哪個(gè)位置。在800 fs抖動(dòng)的時(shí)鐘源的情況中，可以看到頻譜中抖動(dòng)的主要部分位于寬帶。因此，采樣系統(tǒng)中減少寬帶噪聲是極為重要的。

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圖11a. 800 fs時(shí)鐘源的相位噪聲圖線(xiàn)