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时域时钟抖动分析一.doc

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时域时钟抖动分析一.doc

上传人:sanshenglu2 2021/1/24 文件大小:18 KB

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时域时钟抖动分析一.doc

文档介绍

文档介绍:时域时钟抖动分析(一)
新型的高速ADC 都具备高模拟输入带宽(约为最大采样频率的3 到6 倍),因此它们可以用于许多欠采样应用中。ADC 设计的最新进展极大地扩展了可用输入范围,这样系统设计人员便可以去掉至少一个中间频率级,,因为在一些高输入频率下时钟抖动会成为限制信噪比(SNR) 的主要原因.
本系列文章共有三部分,“第1 部分”重点介绍如何准确地估算某个时钟源的抖动,以及如何将其与ADC 的孔径抖动组合。在“第2 部分”中,该组合抖动将用于计算ADC 的SRN,然后将其与实际测量结果对比。“第3 部分”将介绍如何通过改善ADC 的孔径抖动来进一步增加ADC 的SNR,并会重点介绍时钟信号转换速率的优化。
采样过程回顾
根据Nyquist-Shannon 采样定理,如果以至少两倍于其最大频率的速率来对原始输入信号采样, MSPS 的速率对高达10MHz 的输入信号采样,则不管该信号是位于1 到10MHz 的基带(首个Nyquist 区域),还是在100 到110MHz 的更高Nyquist 区域内欠采样,都没关系(请参见图1)。在更高(第二个、第三个等)Nyquist 区域中采样,一般被称作欠采样或次采样。然而,在ADC 前面要求使用抗混叠过滤,以对理想Nyquist 区域采样,同时避免重建原始信号过程中产生干扰.
图1 100MSPS 采样的两个输入信号显示了混叠带来的相同采样点
时域抖动
仔细观察某个采样点,可以看到计时不准(时钟抖动或时钟相位噪声) 区域(例如,f1 = 10 MHz 到f2 = 110 MHz)欠采样带来输入频率的增加,固定数量的时钟抖动自理想采样点产生更大数量的振幅偏差(噪声)。另外,图2 表明时钟信号自身转换速率对采样时间的变化产生了影响。转换速率决定了时钟信号通过零交叉点的快慢。换句话说,转换速率直接影响ADC 中时钟电路的触发阈值.
图2 时钟抖动形成更多快速输入信号振幅误差
如果ADC 的内部时钟缓冲器上存在固定数量的热噪声,则转换速率也转换为计时不准,从而降低了ADC 的固有窗口抖动.,窗口抖动与时钟抖动(相位噪声)没有一点关系,但是这两种抖动分量在采样时间组合在一起。图3 还表明窗口抖动随转换速率降低而增加。转换速率一般直接取决于时钟振幅。
时钟抖动导致的SNR 减弱
有几个因素会限制ADC 的SNR,例如:量化噪声(管线式转换器中一般不明显)、热噪声(其在低输入频率下限制SNR),以及时钟抖动(SNRJitter)(请参见下面方程式1).SNRJitter 部分受到输入频率fIN(取决于Nyquist 区域)的限制,同时受总时钟抖动量tJitter的限制,其计算方法如下:
SNRJitter[dBc]=-20×log(2π×fIN×tJitter)           (2)
正如我们预计的那样,利用固定数量的时钟抖动,SNR 随输入频率上升而下降。图4 描述了这种现象,其显