技術(shù)分析：時(shí)鐘寬帶GSPS JESD204B ADC

　　例如，圖4顯示了寬輸入帶寬具有多種時(shí)鐘抖動(dòng)的14位1 GSPS ADC的NSD影響。 對(duì)10 MHz至100 MHz的信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，即使200 fs的極高時(shí)鐘抖動(dòng)也不會(huì)明顯削弱ADC的NSD性能(–155 dBFS/Hz)。 但是，對(duì)1 GHz或2 GHz的輸入信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，與低rms時(shí)鐘抖動(dòng)相比，該時(shí)鐘的200 fs 均方根抖動(dòng)將明顯限制ADC性能。 對(duì)2 GHz信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，200 fs的均方根抖動(dòng)將導(dǎo)致與目標(biāo)信號(hào)功率相關(guān)的ADC噪聲增大12 dB(與50 fs的均方根時(shí)鐘抖動(dòng)相比)。

　　部分GSPS ADC可使快速輸入時(shí)鐘倍數(shù)在ADC內(nèi)部分割，以得出實(shí)際的采樣時(shí)鐘。 在這種情況下對(duì)ADC使用更高速率的采樣時(shí)鐘的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)是什么?

　　與僅允許一個(gè)選項(xiàng)以1×實(shí)際采樣速率輸入時(shí)鐘頻率不同，部分ADC允許使用更高倍率的時(shí)鐘速率，例如2×、4×或8×采樣速率。 然后可對(duì)ADC進(jìn)行配置，將更高頻率的時(shí)鐘從內(nèi)部分割為將模擬信號(hào)采樣到ADC的更低時(shí)鐘倍率。 此類配置有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

　　第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是系統(tǒng)板現(xiàn)可使用相同的硬件和時(shí)鐘解決方案應(yīng)付多個(gè)采樣速率。 在這種情況下，使用較快或較慢采樣速率只需要略微更改ADC的軟件寄存器即可。 例如，以最高時(shí)鐘速率使用ADC的電氣測(cè)試和測(cè)量解決方案，如數(shù)字采樣示波器，現(xiàn)在只需觸摸GUI按鈕，就能為最終用戶提供多種采樣速率選項(xiàng)。 如此，還可對(duì)僅存在軟件版本差異的相同電路板進(jìn)行市場(chǎng)細(xì)分。 提供此特性的兩種ADC為AD9680和AD9234，即分別具有14位和12位分辨率的1 GSPS轉(zhuǎn)換器。

　　第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與使用更低的1×采樣速率相比，使用更高時(shí)鐘頻率的ADC性能更高。 更高頻率的時(shí)鐘提供更快的信號(hào)壓擺率，因此本身具有更精確的邊沿和更低的抖動(dòng)。 如前所述，假設(shè)ADC抖動(dòng)不是限制性能的因素，則更低抖動(dòng)的時(shí)鐘本身可實(shí)現(xiàn)更低的NSD和更高的SNR。

　　第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可消除計(jì)時(shí)裝置和板上走線的一個(gè)附加時(shí)鐘頻率。 這使得系統(tǒng)能夠以更小的時(shí)鐘信號(hào)倍數(shù)工作，并且降低了整體計(jì)時(shí)復(fù)雜性。 RF時(shí)鐘信號(hào)可能被用作允許較慢采樣時(shí)鐘使用內(nèi)部分割功能的部分ADC的輸入。

　　這種采樣配置的一個(gè)潛在難題是需要確定能夠在增大的頻率倍數(shù)下實(shí)現(xiàn)低抖動(dòng)的實(shí)際計(jì)時(shí)裝置。 由于具有更高頻率、性能和通道數(shù)的時(shí)鐘解決方案已經(jīng)發(fā)布并應(yīng)用于系統(tǒng)板，此難題在某種程度上已經(jīng)緩和。 但是，對(duì)更高采樣速率轉(zhuǎn)換器和復(fù)雜配套時(shí)鐘裝置的無止境需求依然沒有減少。

　　我該如何從時(shí)鐘裝置獲取頻域相位噪聲曲線并確定特定ADC采樣時(shí)鐘頻率的時(shí)域均方根抖動(dòng)?

　　盡管這兩者描述了同樣的現(xiàn)象，但將時(shí)鐘的相位噪聲與特定抖動(dòng)值相關(guān)聯(lián)可能有點(diǎn)違反常理。 雖然這兩者相關(guān)聯(lián)，但工程師需要跨越頻域和時(shí)域鴻溝才能進(jìn)行對(duì)應(yīng)。 相位噪聲曲線在頻域中繪制，而時(shí)鐘信號(hào)的均方根抖動(dòng)分量反映為時(shí)域值。

　　時(shí)域中的乘法類似于頻域中的卷積。 時(shí)鐘上的任意相位噪聲波裙或相位調(diào)制雜散噪聲將卷積為數(shù)字信號(hào)提供給ADC。 耦合至采樣輸出的時(shí)鐘上的噪聲卷積的水平或大小如下式所示。

　　采樣輸出

　　時(shí)鐘

　　圖5中的頻域顯示了時(shí)鐘信號(hào)的一個(gè)相位噪聲曲線示例。X軸顯示了相對(duì)于載波的頻率偏移，此例中為983 MHz的時(shí)鐘。 Y軸是以dBc/Hz表示的相位噪聲密度(與單位為赫茲的載波功率相關(guān)的dB功率)。 從此曲線應(yīng)該能夠清楚看出，以時(shí)鐘上的頻率進(jìn)一步觀察相位噪聲時(shí)，將會(huì)創(chuàng)建相關(guān)噪底并減小逐漸增大的累積相位噪聲的幅度。

　　圖5

　　此曲線顯示了與頻率為983 MHz的載波時(shí)鐘上的頻率偏移交叉的相位噪聲，其單位為dBc/Hz。 通過此信息可推算出時(shí)鐘抖動(dòng)。

　　時(shí)鐘信號(hào)的均方根抖動(dòng)可通過相位噪聲曲線計(jì)算出，方法是將曲線下方的區(qū)域以每十倍頻程分段的方式積分。 盡管現(xiàn)在有在線計(jì)算工具可從相位噪聲計(jì)算出抖動(dòng)，但使用幾個(gè)數(shù)學(xué)公式也可做到這一點(diǎn)。