“在依然能夠獲得良好 SNR 結(jié)果的情況下，最差情況的 ADC 時鐘可怎樣呢?”雖然從來沒有客戶直接向我提及這一問題，但我的確定期地被問到有關(guān)采用不適合高分辨率 ADC 的時鐘源之問題。
通常，它需要一個可具有高達 1nsRMS 抖動的函數(shù)發(fā)生器。常常需要采用一個高質(zhì)量的 RF 發(fā)生器或晶體振蕩器以從 16 或 18 位 ADC 獲得最佳的 SNR 值，即使在相對較低的輸入頻率下也不例外。本文我將使用安裝了 LTC2389-18 2.5Msps 18 位 ADC 和 LTC PScope 軟件的 DC1826A-A 演示板，來說明抖動對于 SNR 性能的影響以及怎樣降低一個噪聲時鐘源的抖動。
作為基線，DC1826A-A 的時鐘輸入采用一個羅德與施瓦茨 SMB100A RF 發(fā)生器來驅(qū)動，并由 Stanford Research SR1 提供模擬輸入。結(jié)果是圖 1 中的 PScope 數(shù)據(jù)，其產(chǎn)生一個 98.247dBFS SNR。
圖 1：基線 FFT 顯示：對于 LTC2389-18，SNR 為 98.247dBFS
該 SNR 是通過將低于全標(biāo)度的輸入電平 (-1.047dBFS) 加至已測 SNR 獲得的。ADC 之 CNV 輸入端上的 18.8psRMS 抖動可采用一臺 Agilent Infiniium 9000 系列示波器或同等檔次的示波器進行測量。基于抖動和輸入頻率的 SNR 理論極限值為
20 * log (2 * π * fIN * tjitter)
其中：
tjitter 為 RMS 抖動
fIN 為輸入頻率
代入針對該例的數(shù)值得出的 SNR 為
20 * log (2 * π * 20kHz * 18.8ps) = 112.5dB
隨后必須將該值與 ADC SNR 進行 RMS 求和運算以產(chǎn)生一個有效 SNR。查看 LTC2389 的產(chǎn)品手冊，在 2kHz 頻率下用于演示板電路 (圖 7a 和 7b) 的典型 SNR 為 98.8dB。
LTC2389 的產(chǎn)品手冊，圖 7a 和 7b
產(chǎn)品手冊中給出的“SNR 與輸入頻率的關(guān)系曲線”顯示：在本實驗所采用的 20kHz 輸入頻率下，SNR 產(chǎn)生大約 0.3dB 的滾降，因此 98.8dB 的數(shù)字將調(diào)節(jié)至 98.5dB。98.5dB 與 112.5dB 的 RMS 之和為 98.3dB，這近似于圖 1 中獲得的結(jié)果。
圖 2：DC1826A-A 之 CNV 輸入端上的 RMS 抖動 (采用 SMB100A 時鐘源)
既然已經(jīng)獲得了一個基線 SNR 測量結(jié)果，那么假如使用一個具較高抖動的時鐘源會發(fā)生什么呢? 如圖 3 所示，當(dāng)采用 XXXX-YYYYY (制造商及型號隱去) 發(fā)生器時，測得的抖動為 76.5psRMS。在該抖動水平下的SNR 理論極限值為 100.3dB，當(dāng)其與 LTC2389-18 的 98.5dB 進行 RMS 求和運算時，得出的結(jié)果為 96.3dB。
圖 3：噪聲時鐘源在 DC1826A-A 的 CNV 輸入端上產(chǎn)生 76.5psRMS 抖動
圖4的 PScope 截屏中示出的 96.2dBFS 測量 SNR 基本吻合。在相對較低的 20kHz 輸入頻率下，SNR 指標(biāo)降低了 2dB，且附加的時鐘抖動小于 60ps。在 100kHz 輸入頻率下，SNR 將降至 86dB。
圖 4：采用噪聲時鐘源時 LTC2389-18 的 SNR 指標(biāo)降低至 96.2dBFS
問
噪聲時鐘源 (例如：剛剛檢查的時鐘源) 上的抖動可以減低嗎?
采用先前的時鐘源，在時鐘的輸出和演示板的時鐘輸入之間插入一個 TTE 低通濾波器。測得的時鐘抖動減小至 54.7psRMS (如圖 5 所示)，而最終的 SNR 則改善至 96.8dBFS (如圖 6 給出的 PScope 截屏所示)。
圖 5：噪聲時鐘源的低通濾波降低了 CNV 輸入端上的抖動
圖 6：噪聲時鐘源的低通濾波輕微改善了 SNR
雖然取得了小幅改善，但其仍然不如基線 SNR 測量結(jié)果那么好。接著，插入一個 TTE 帶通濾波器以替代低通濾波器?，F(xiàn)在，測得的時鐘抖動為 16.7psRMS (如圖 7 所示)，而 SNR 的測量結(jié)果則顯著地改善至 98.3dBFS (如圖 8 給出的 PScope 截屏所示)。測得的 SNR 此時與基線 SNR 測量值相同。
圖 7：TTE 帶通濾波器極大地降低了抖動
圖 8：TTE 帶通濾波器顯著地改善了 LTC2389-18 的 SNR 指標(biāo)
現(xiàn)在可以很容易的了解在評估高分辨率 ADC 時采用低抖動時鐘源的必要性。如果您現(xiàn)有可用的時鐘源不具備足夠低的抖動，那么通過利用一個優(yōu)良的帶通濾波器對時鐘實施濾波仍然能夠獲得上佳的 SNR 測量結(jié)果。
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