《電子技術(shù)應(yīng)用》
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抖動(dòng)和 SNR 詳解

2010-12-23
作者:Bonnie C. Baker,,德州儀器 (TI)

     您在使用一個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 時(shí),總是期望性能能夠達(dá)到產(chǎn)品說(shuō)明書載明的信噪比(SNR) 值,,這是很正常的事情。您在測(cè)試ADC 的SNR 時(shí),,您可能會(huì)連接一個(gè)低抖動(dòng)時(shí)鐘器件到轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘輸入引腳,,并施加一個(gè)適度低噪的輸入信號(hào)。如果您并未從您的轉(zhuǎn)換器獲得SNR 產(chǎn)品說(shuō)明書標(biāo)稱性能,,則說(shuō)明存在一些噪聲誤差源,。如果您確信您擁有低噪聲輸入信號(hào)和一種較好的布局,則您的輸入信號(hào)頻率以及來(lái)自您時(shí)鐘器件抖動(dòng)的組合可能就是問(wèn)題所在,。您會(huì)發(fā)現(xiàn)“低抖動(dòng)”時(shí)鐘器件適合于大多數(shù)ADC 應(yīng)用,。但是,如果ADC 的輸入頻率信號(hào)和轉(zhuǎn)換器的SNR 較高,,則您可能就需要改善您的時(shí)鐘電路,。

    低抖動(dòng)時(shí)鐘器件充其量有宣稱的1 微微秒抖動(dòng)規(guī)范,或者您也可以從一個(gè)FPGA生成同樣較差的時(shí)鐘信號(hào),。這會(huì)使得高速ADC 產(chǎn)生SNR 誤差問(wèn)題包括ADC 量化噪聲,、差分非線性(DNL) 效應(yīng)、有效轉(zhuǎn)換器內(nèi)部輸入噪聲和抖動(dòng),。利用式(1) 中的公式,,您可以確定抖動(dòng)是否有問(wèn)題,公式給出了外部時(shí)鐘和純ADC 抖動(dòng)產(chǎn)生的ADC SNR 誤差,。

                                     1)

     在式(1)中,,fIN 為轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)頻率。另外,,tJITTER-TOTAL 為時(shí)鐘信號(hào)和ADC時(shí)鐘輸入電路的rms 抖動(dòng),。請(qǐng)注意,fIN 并非時(shí)鐘頻率(fCLK),。外部時(shí)鐘器件到ADC 的1 微微秒抖動(dòng)適合于一些而不是所有高速ADC 應(yīng)用,,如圖1 所示。

1抖動(dòng)產(chǎn)生的SNR 為輸入信號(hào)的函數(shù)

 

     式(1) 讓您能夠計(jì)算出特定ADC 的要求時(shí)鐘抖動(dòng)估計(jì)值,。例如,,一個(gè)70 dB SNR 的ADC,輸入信號(hào)為100 MHz,,您可以計(jì)算得到tJITTER_TOTAL 的值為503 微微秒,。如果輸入ADC 孔徑抖動(dòng)為150 微微秒,則由式(2) 可得到一個(gè)較高的外部時(shí)鐘抖動(dòng)要求估計(jì)值,。

                                                     (2)

     在式(2) 中,,tJITTER-CLK為注入ADC 時(shí)鐘的抖動(dòng),,而tJITTER-ADC為ADC 的孔徑抖動(dòng),、時(shí)鐘振幅和斜率,。繼續(xù)我們的估算,我們讓tJITTER-ADC 只與ADC 的150 微微秒內(nèi)部抖動(dòng)相等,,并忽略時(shí)鐘振幅和斜率的影響,。利用式(2),tJITTER-CLK 的高估值為480 微微秒,。

    在本文中,,我們只初步研究了改善高速ADC 時(shí)鐘信號(hào)背后存在的一些問(wèn)題。我們需要更多地關(guān)注時(shí)鐘振幅和斜率,,因?yàn)樗鼈冇绊懴到y(tǒng)抖動(dòng),。另外,我們還需要知道如何實(shí)施低抖動(dòng)時(shí)鐘電路的硬件部分,。

    在本文介紹的第二種時(shí)鐘設(shè)計(jì)之中,,您需要認(rèn)真關(guān)注幾件事情。時(shí)鐘抖動(dòng)在ADC 輸入頻率和實(shí)際時(shí)鐘抖動(dòng)方面影響ADC 的SNR 性能,。另外,,不要總是相信時(shí)鐘器件廠商!在您轉(zhuǎn)向產(chǎn)品以前,,請(qǐng)使用ADC 廠商提供的評(píng)估板來(lái)測(cè)試您的時(shí)鐘源,。您會(huì)對(duì)最終結(jié)果更為欣喜。

參考文獻(xiàn):

【1】Eduardo Bartolome,,Vineet Mishra,,Goutam Dutta ,David Smith. 高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘.  模擬應(yīng)用期刊,,TI,,slyt075,1Q05.

【2】Chuck Sanna.  使用高 IF 采樣 A/D 轉(zhuǎn)換器超越基帶頻率 .  Planet Analog,,2007年9 月5 日,。

【3】Lin Wu.  視頻:《高速 ADC 時(shí)鐘》. TI,2008 .

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