模數轉換器時(shí)鐘優(yōu)化:測試工程觀(guān)點(diǎn)

注意

?為了獲得最佳性能，將帶通濾波器放置在分頻器前面

?分頻器可能使情況變壞
?最大輸出功率受到濾波器插入損耗和最大輸入功率的限制

?最大輸出功率受到濾波器插入損耗和最大輸入功率的限制
?在定制濾波器時(shí)要求很高的最大功率

使用背對背Schottky二極管在信號進(jìn)入ADC時(shí)鐘輸入端時(shí)將信號箝位是明智的。這使得源幅度增加，因此增加了擺率，同時(shí)使得時(shí)鐘幅度與轉換器時(shí)鐘輸入電平兼容。

如果是小時(shí)鐘系統或者最后的電路級具有短的走線(xiàn)，可以結合箝位二極管使用變壓器。變壓器是無(wú)源的，不會(huì )將抖動(dòng)添加到整體時(shí)鐘信號中。變壓器還可以為振蕩器信號提供增益，增加式4中的A項（幅度）。最后，變壓器自身可提供通帶濾波。具有增益（阻抗比為1:2或1:4）的變壓器有較窄的帶寬，提供了更好的時(shí)鐘信號濾波。變壓器還可以將該單端信號轉換為差分信號，這在目前的ADC時(shí)鐘輸入接口中是常見(jiàn)的，也是強力推薦的。

應當注意，并非所有的二極管都能發(fā)揮良好的作用（圖14）。在相同的條件下進(jìn)行測量，其中基線(xiàn)是相對于所有其他二極管的性能最好的二極管的SNR曲線(xiàn)。應當仔細閱讀說(shuō)明書(shū)并且特別注意動(dòng)態(tài)電阻和電容的參數。具有低R和C值的二極管可以加快箝位速度。

圖14. 箝位Schottky二極管的選擇影響AD9446-80的性能

這里將16 bit 80 MSPS ADC AD9446用作測試平臺；其中增加了時(shí)鐘源中的背對背二極管。圖15中示出了用于進(jìn)行評估的電路。

圖15. 測量圖14中數據的AD9446時(shí)鐘電路

在時(shí)鐘硬件接口中減少抖動(dòng)
在與ADC的時(shí)鐘輸入引腳連接時(shí)，可以使用許多電路和解決方案。然而，式5提醒我們，信號鏈路中的每個(gè)有源元件（振蕩源、驅動(dòng)器或扇出門(mén)、分頻器等）將增加ADC的時(shí)鐘輸入引腳處的總抖動(dòng)量。圖16示出，增加兩個(gè)門(mén)（每個(gè)門(mén)貢獻700 fs的抖動(dòng)）到具有300 fs抖動(dòng)的時(shí)鐘源中，在140 MHz頻率下會(huì )使分辨率從約12 bit下降到小于10 bit。 在時(shí)鐘硬件接口中減少抖動(dòng)
在與ADC的時(shí)鐘輸入引腳連接時(shí)，可以使用許多電路和解決方案。然而，式5提醒我們，信號鏈路中的每個(gè)有源元件（振蕩源、驅動(dòng)器或扇出門(mén)、分頻器等）將增加ADC的時(shí)鐘輸入引腳處的總抖動(dòng)量。圖16示出，增加兩個(gè)門(mén)（每個(gè)門(mén)貢獻700 fs的抖動(dòng)）到具有300 fs抖動(dòng)的時(shí)鐘源中，在140 MHz頻率下會(huì )使分辨率從約12 bit下降到小于10 bit。

圖16. 多個(gè)驅動(dòng)器門(mén)增加抖動(dòng)并且減小SNR

因此，使時(shí)鐘信號鏈路中的元件數目最小有助于降低總的RSS抖動(dòng)。

還應當注意所選擇的時(shí)鐘門(mén)的類(lèi)型。如果希望在較高的模擬輸入頻率下獲得較好的性能，則簡(jiǎn)單的邏輯門(mén)可能不是最佳選擇。最好仔細閱讀候選器件的技術(shù)資料并理解相關(guān)的參數，如抖動(dòng)和偏移。當這些器件與抖動(dòng)特別低的時(shí)鐘源一起工作時(shí)，這是非常重要的。例如，在圖17中，時(shí)鐘源A具有800 fs的抖動(dòng)，時(shí)鐘源B具有125 fs的抖動(dòng)。使用晶體濾波器可以將其抖動(dòng)分別減少到175 fs和60 fs。然而，分頻器（或者具有類(lèi)似抖動(dòng)參數的門(mén)電路）可能使抖動(dòng)均增加到200 fs以上。這再次說(shuō)明了在時(shí)鐘信號鏈路中正確選擇和放置時(shí)鐘驅動(dòng)器的重要性。

圖17. 門(mén)電路將增加抖動(dòng)

另一種常見(jiàn)方法，即使用FPGA，并不能實(shí)現技術(shù)資料上的性能。FPGA（其常具有提供分頻的數字時(shí)鐘管理器（DCM））可以用作一個(gè)靈活的門(mén)驅動(dòng)器。然而，如圖18所示，使用AD9446-80（80 MSPS ADC）進(jìn)行測試，該方法導致SNR顯著(zhù)下降；例如，能夠實(shí)現13 bit的ENOB。紅色曲線(xiàn)為使用高性能振蕩器時(shí)的基線(xiàn)