采樣時鐘抖動對ADC信噪比的影響及抖動時鐘電路

　　時鐘抖動的產(chǎn)生機制

　　直接測量時鐘抖動是比較困難的，一般采用間接測量的方法，為此本節(jié)首先給出時鐘抖動的產(chǎn)生機制。時鐘抖動是由時鐘產(chǎn)生電路(一般是基于低相位噪聲壓控振蕩器的鎖相環(huán)路)內(nèi)部各種噪聲源所引起的，例如熱噪聲(主要是壓控振蕩器輸出信號的熱噪聲基底)、相位噪聲和雜散噪聲等，理論分析表明：當(dāng)所需產(chǎn)生的頻率較高時，相位噪聲和雜散噪聲對時鐘抖動的惡化并不明顯。

　　一般來說，VCO輸出級放大器的熱噪聲基底可以看成有限帶寬的高斯白噪聲，其有效帶寬大約為工作頻率的兩倍。當(dāng)VCO正確地調(diào)諧到需要的輸出頻率時，噪聲基底對抖動的影響可以用下面的公式計算：

　　式中f0是振蕩器的中心頻率，f表示相對于中心頻率的偏移，L(f)是在頻率偏移f處的相位噪聲(單位是dBc/Hz)。為了進一步改進系統(tǒng)的性能，人們往往在VCO的輸出端使用一個頻率響應(yīng)類似于帶通濾波器的功率匹配網(wǎng)絡(luò)，這對帶寬外的噪聲有一定的衰減作用。這樣，就能夠利用從0 Hz到f0區(qū)間內(nèi)的積分估算最差情況下的噪聲，該范圍以外的噪聲被大大削弱，可以忽略，因為從0到f0范圍內(nèi)的噪聲基底是平滑的，L(f)可視為常數(shù)，于是公式(3)簡化為：

　　故由噪聲基底引起的邊沿時鐘抖動為：

　　理論上可以認為從鎖相環(huán)路輸出信號的相位噪聲特性同VCO特性基本一致，但實際的鎖相電路會引入一定的噪聲，而VCO輸出放大器也會使產(chǎn)生的時鐘信號的相位噪聲特性變差。所以在進行鎖相環(huán)電路的設(shè)計時，除了選擇具有較低相位噪聲的VCO外，還應(yīng)選擇具有較低噪聲系數(shù)的放大器或時鐘緩沖器，并盡量將時鐘產(chǎn)生電路與其它電路分隔開來。

　　基于低相位噪聲VCO的可變采樣時鐘

　　圖2給出了一個實用的基于低相位噪聲VCO的低抖動可變采樣時鐘產(chǎn)生電路。

　　圖2中以MC145170作為時鐘產(chǎn)生環(huán)路的頻率合成器，選用Mini-Circuits公司的低相位噪聲壓控振蕩器POS-200作為時鐘產(chǎn)生環(huán)路的VCO，由于POS-200的輸出信號要經(jīng)過多次分路，所以在其輸出信號作第一次分路后，一路反饋送入MC145170作為輸入調(diào)諧信號，另一路則經(jīng)低噪聲放大器放大后輸出，然后再作一次分路，一路作為ADC的采樣時鐘，另一路則送入DSP作為ADC采樣后數(shù)字信號的同步時鐘。由上面的分析可知，只要設(shè)計得當(dāng)，上述的時鐘產(chǎn)生電路輸出信號的相位噪聲特性將主要取決于POS-200，POS-200在偏離中心頻率1MHz處的單邊相位噪聲為-150dBc/Hz，在估計鎖相環(huán)電路輸出信號的熱噪聲基底時可以采用該值，當(dāng)鎖相環(huán)輸出信號頻率為81.92MHz時，由公式(5)可以計算出輸出時鐘信號的抖動為：

　　如果使用的ADC為AD9245，參照圖1可以看出：當(dāng)ADC前端輸入信號頻率低于50MHz時，AD9245的信噪比將優(yōu)于65dB，輸入信號頻率低于100MHz時，AD9245的信噪比將優(yōu)于60dB。