解析在PCB設(shè)計(jì)中采用時(shí)間交替超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器

數(shù)字交替方法

模擬校準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍、高整體集成解決方案的行之有效的方法，其集成的時(shí)鐘相位、增益和偏移調(diào)整功能可提供高精確度。

模擬校準(zhǔn)的可行替代方法是用于交替數(shù)據(jù)的數(shù)字校正算法。此方法尋求在數(shù)字域校正數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器失配，而不需要任何模擬偏移、增益或相位校正。理論上，這些算法可獨(dú)立工作，不需要實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)或了解輸入信號(hào)。此外，數(shù)字偏移、增益和相位校正因素的匯合時(shí)間也是關(guān)鍵系統(tǒng)指標(biāo)。

SP Devices公司開(kāi)發(fā)的算法經(jīng)過(guò)驗(yàn)證是符合這些條件的一種數(shù)字后處理方法。SP Devices的ADX技術(shù)持續(xù)提供模數(shù)轉(zhuǎn)換器的增益、偏移和時(shí)間偏差誤差的后臺(tái)估計(jì)值，而不需要任何特殊校準(zhǔn)信號(hào)或后期微調(diào)。此算法對(duì)于校正靜態(tài)和動(dòng)態(tài)失配誤差很有效。

ADX技術(shù)估計(jì)誤差，并使用抑制的全部失配誤差重新構(gòu)建信號(hào)。IP-core的誤差校正算法對(duì)于任何輸入信號(hào)類型均有效。該數(shù)字信號(hào)處理的結(jié)果超出ADX核心的時(shí)間交替頻譜，并消除了與失配相關(guān)的明顯交替失真雜散信號(hào)。

配備兩個(gè)ADC0830003GSPS、8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體參考板展示了SP Devices的算法。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器使用板上FPGA中內(nèi)嵌的ADX技術(shù)實(shí)現(xiàn)交替。圖3為7GSPS數(shù)字化卡的框圖。

圖3：含LMX2531和LMH6554的ADQ108系統(tǒng)框圖。

圖4是SPDevicesADQ108數(shù)據(jù)采集卡的輸出頻譜性能圖。值得注意的是雜散峰值部分是由于諧波失真所致，交替雜散信號(hào)已大幅減少。

圖4：采用ADX技術(shù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器組合頻譜。

超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器支持電路

為了實(shí)現(xiàn)使用ADC083000等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可達(dá)到的高級(jí)性能，需要確保支持電路具有與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器本身相匹配的性能。支持電路的關(guān)鍵要素包括：

1）高性能、低抖動(dòng)時(shí)鐘源。

2）用于驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入的高線性、低噪聲放大器或平衡/不平衡變換器。

建議使用LMX2531或LMX2541時(shí)鐘同步器生成低抖動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘信號(hào)，使用LMH6554驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器模擬輸入。

LMX2531集成了鎖相環(huán)（PLL）和VCO，并提供優(yōu)于-160dBc/Hz的噪聲底?？商峁┒喾N版本芯片接納553MHz至2790MHz的不同頻帶。

為了實(shí)現(xiàn)更好的高輸入頻率SNR性能，建議使用較低相位噪聲LMX2541作為適合的時(shí)鐘源。LMX2541在2.1GHz具有小于2毫弧度角（mrad）均方根的噪聲，在3.5GHz具有小于3.5mrad均方根的噪聲。LMX2541的鎖相環(huán)具有-225dBc/Hz的校正噪聲底，能在整數(shù)和分?jǐn)?shù)模式中以最高104MHz相位檢測(cè)速率（比較頻率）工作。

LMH6554是業(yè)界最高性能的差分放大器。LMH6554的低阻抗差分輸出可用于驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入和任何中間濾波級(jí)。這種寬頻全差分放大器可驅(qū)動(dòng)8位至16位高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，在800MHz以下具有0.1dB增益平坦度，在250MH時(shí)具有72dBcSFDR，并具有0.9nV/sqrtHz低輸入電壓噪聲性能。

LMH6554在75MHz以下具有16位線性度，可驅(qū)動(dòng)2V峰-峰電壓至最低200歐姆負(fù)荷。LMH6554通過(guò)外部增益設(shè)置電阻器和集成共模反饋，可使用差分-差分或單端-差分配置。放大器提供最高1.8GHz的大信號(hào)帶寬，8dB噪聲和6200V/μs轉(zhuǎn)換速率。

圖5顯示使用上述支持元件的典型應(yīng)用框圖。

圖5：典型系統(tǒng)框圖。

總結(jié)

本文闡述了交替高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的難點(diǎn)和解決這些問(wèn)題的幾種方法。由于交替技術(shù)、低抖動(dòng)時(shí)鐘源和高性能放大器的進(jìn)步，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)保持超過(guò)6GSPS的優(yōu)異動(dòng)態(tài)性能。