高速ADC时钟抖动及其影响的研究
采样时钟抖动的原因及其对ADC信噪比的影响与抖动时钟电路设计
采样时钟抖动的原因及其对ADC信噪比的影响与抖动时钟电路设计ADC是现代数字解调器和软件无线电接收机中连接模拟信号处理部分和数字信号处理部分的桥梁，其性能在很大程度上决定了接收机的整体性能。
在A/D转换过程中引入的噪声来源较多，主要包括热噪声、ADC电源的纹波、参考电平的纹波、采样时钟抖动引起的相位噪声以及量化错误引起的噪声等。
除由量化错误引入的噪声不可避免外，可以采取许多措施以减小到达ADC前的噪声功率，如采用噪声性能较好的放大器、合理的电路布局、合理设计采样时钟产生电路、合理设计ADC的供电以及采用退耦电容等。
本文主要讨论采样(a)12位ADC理想信噪比(b)AD9245实测信噪比图1 不同时钟抖动情形下12位ADC的信噪比示意图时钟抖动对ADC信噪比的影响采样时钟的抖动是一个短期的、非积累性变量，表示数字信号的实际定时位置与其理想位置的时间偏差。
时钟源产生的抖动会使ADC的内部电路错误地触发采样时间，结果造成模拟输入信号在幅度上的误采样，从而恶化ADC的信噪比。
在时钟抖动给定时，可以利用下面的公式计算出ADC的最大信噪比：根据公式(2)，图1分别给出了量化位数为12-bit时不同时钟抖动情形下ADC 理想信噪比和实测信噪比示意图。
由图1可以看出时钟的抖动对ADC信噪比性能的恶化影响是十分明显的，相同时种抖动情形下进入到ADC的信号频率越高，其性能恶化就越大，同一输入信号频率情形下，采样时钟抖动越大，则ADC信噪比性能恶化也越大。
对比图1中两个示意图可以看出实测的采样时钟抖动对ADC信噪比性能的影响同理论分析得到的结果是十分吻合的，这也证明了理论分析的正确性。
因此，在实际应用时不能完全依据理想的信噪比公式来选择A/D 转换芯片，而应该参考芯片制造商给出的实测性能曲线和所设计的采样时钟的抖动性能来合理选择适合设计需要的A/D转换芯片，并留出一定的设计裕量。
图2 一个实用的低抖动时钟产生电路两种实用的低抖动采样时钟产生电路时钟抖动的产生机制直接测量时钟抖动是比较困难的，一般采用间接测量的方法，为此本节首先给出时钟抖动的产生机制。
高速adc 数字接口 阻抗
高速adc 数字接口阻抗全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高速ADC（Analog to Digital Converter）是一种用于将模拟信号转换为数字信号的器件。
在许多领域，特别是通信领域和高速数据采集领域，高速ADC的应用非常广泛。
而数字接口的设计和阻抗匹配在高速ADC的应用中起着至关重要的作用。
本文将重点讨论高速ADC 数字接口的阻抗设计。
让我们简单了解一下高速ADC数字接口的基本原理。
在高速ADC 的工作过程中，模拟信号首先被采集并转换为数字信号，然后通过数字接口传输到外部系统进行处理。
这个数字接口一般由一组数字信号引脚组成，其中包括数据引脚、时钟引脚、控制引脚等。
在数字信号传输过程中，由于信号具有高频率和快速变化的特性，就会产生信号完整性和阻抗匹配的问题。
阻抗匹配是指传输线上的信号源端和负载端之间的阻抗匹配情况。
在高速ADC数字接口设计中，阻抗匹配的关键在于保持传输线的特性阻抗与信号源和负载的阻抗相匹配。
这样可以最大程度地减小信号反射和传输损耗，提高信号传输的稳定性和可靠性。
为了实现阻抗匹配，设计者需要考虑如下几个方面。
首先是传输线的特性阻抗匹配，一般应该选择合适的传输线类型和特性阻抗值，使其与信号源和负载的阻抗相匹配。
其次是信号源和负载的阻抗匹配，这要求设计者在选择与ADC相连接的器件时要注意其输入输出端的阻抗匹配情况。
最后是信号引脚的阻抗匹配，要确保信号引脚设计合理，避免出现信号反射和传输失真的情况。
在高速ADC数字接口设计中，还需要考虑信号引脚的布局和连接方式。
一般来说，为了尽量减少信号传输线的长度和阻抗失配，设计者应该尽量将ADC和外部系统的数字接口引脚布局在尽可能短的距离范围内，并采用合适的连接方式，如差分对或同轴线连接等。
这样可以有效减小信号传输过程中的串扰和信号损耗，提高信号传输的稳定性和抗干扰能力。
高速ADC数字接口的阻抗设计对于整个系统的性能和可靠性至关重要。
时钟和定时芯片降低抖动提高精度
时钟和定时芯片降低抖动提高精度时钟和定时芯片降低抖动提高精度时钟和定时芯片是现代电子产品中不可或缺的组成部分。
它们在各种应用中都具有重要的作用，如通信设备、计算机、汽车电子以及工业自动化等领域。
然而，由于各种因素的干扰，时钟和定时芯片在实际应用中可能会出现抖动问题，从而降低了精度。
本文将讨论抖动的原因以及如何通过各种方法来降低抖动，以提高时钟和定时芯片的精度。
一、抖动的原因抖动是指时钟或定时芯片在其理想频率周围产生的随机时间偏差。
其主要原因包括以下几个方面：1. 外部干扰：时钟和定时芯片可能会受到来自电源波动、信号干扰、温度变化等外部因素的干扰，从而导致抖动。
2. 设计缺陷：在时钟和定时芯片的设计中，可能存在电路设计不合理、布局问题或者材料质量等方面的缺陷，这些都可能对抖动产生影响。
3. 阻尼问题：时钟和定时芯片内部的振荡器可能存在阻尼不足的问题，从而导致抖动的产生。
4. 时钟信号传输问题：当时钟信号被传输到其他电路或系统时，可能会受到传输线路质量、噪声等因素的影响，从而引起抖动。
二、降低抖动的方法为了提高时钟和定时芯片的精度，需要采取相应的措施来降低抖动。
以下是几种常见的方法：1. 选择合适的振荡器：振荡器是时钟和定时芯片的关键组件，选择合适的振荡器对降低抖动至关重要。
一般而言，TCXO（温度补偿型晶体振荡器）和OCXO（精确温度补偿型晶体振荡器）具有较高的精度和稳定性，可用于要求较高精度的领域。
2. 优化电路设计：在时钟和定时芯片的设计过程中，需要注意电路的布局、功耗管理以及环境干扰等因素，优化电路设计可以有效减少抖动问题的发生。
3. 降低干扰影响：通过合理的防护措施，例如添加滤波电容、隔离干扰源等，可以有效降低外部干扰对时钟和定时芯片的抖动影响。
4. 传输线路优化：对于需要传输时钟信号的场景，应注意优化传输线路的设计，减少噪声干扰和信号失真，从而避免抖动问题的产生。
5. 使用校准技术：校准技术可以通过对时钟和定时芯片的输出进行实时校准，从而提高其精度和稳定性。
时钟抖动对A／D变换器采样性能的影响
时钟抖动对A／D变换器采样性能的影响【摘要】时钟抖动时是影响ADC性能指标的重要因素。
本文首先给出了时钟抖动和相位噪声的定义，并分析了二者之间的换算关系；然后给出了时钟抖动对A/D变换器的影响；最后结合某工程中的实测数据验证了时钟抖动对A/D变换器性能的影响。
【关键词】时钟抖动；相位噪声；信噪比1.引言在通信、雷达、导航以及声纳等军事领域中，信号的带宽比较宽（有的达到40～400 MHz），要采集这些高带宽的信号，A/D变换器的采样时钟至少要超过100MHz。
在如此高的采样时钟下，如何获取高性能指标成为数据采集系统研究的重点。
而采集信号的信噪比是采集系统性能指标的最重要一项。
采样时钟是A/D变换器的基本要素，随着采样输入信号的带宽和频率迅速提高，采样时钟频率也迅速提高，对采样时钟稳定度的要求也更高。
采样时钟的抖动是时钟源的一种固有的性质，在高速高精度的A/D器件中，采样时钟抖动对A/D采样结果的影响不可忽视。
2.时钟抖动与相位噪声之间的关系时钟信号的质量通常用抖动和相位噪声来描述。
抖动包括：周期抖动、逐周期抖动和累计抖动。
对于应用于数据采集系统的采样时钟，一般关注的是它的周期抖动，即时钟的连续周期间的偏差（抖动）。
时钟源产生的抖动会使A/D变换器的内部电路错误地触发采样时间，结果造成模拟输入信号在幅度上的误采样，从而恶化A/D变换器的信噪比[1]。
相位噪声则是在频域内对信号的相位抖动和相位调制的描述。
2.1 周期抖动的定义周期抖动是实测周期和理想周期之间的时间差。
其一般服从正态分布，一般采用均方根值来描述。
如图1所示，设T0表示理想时钟周期；Tt表示t时刻实测周期；J（t）PER 表示为t时刻的随机抖动，如下：2.2 相噪的定义理想的无噪声时钟频率源，设其载频为f0，其对应的频谱是一个纯净的谱线，实际输出的信号总是存在噪声，这些噪声将对频率和振幅进行调制，所以实际的频谱总有一定的宽度如图2的左图所示[2]。
高速ADC DAC测试原理及测试方法
高速ADC/DAC测试原理及测试方法随着数字信号处理技术和数字电路工作速度的提高，以及对于系统灵敏度等要求的不断提高，对于高速、高精度的ADC、DAC的指标都提出了很高的要求。
比如在移动通信、图像采集等应用领域中，一方面要求ADC有比较高的采样率以采集高带宽的输入信号，另一方面又要有比较高的位数以分辨细微的变化。
因此，保证ADC/DAC在高速采样情况下的精度是一个很关键的问题。
ADC/DAC芯片的性能测试是由芯片生产厂家完成的，需要借助昂贵的半导体测试仪器，但是对于板级和系统级的设计人员来说，更重要的是如何验证芯片在板级或系统级应用上的真正性能指标。
一、ADC的主要参数ADC的主要指标分为静态指标和动态指标2大类。
静态指标主要有：•Differential Non-Linearity (DNL)•Integral Non-Linearity (INL)•Offset Error•Full Scale Gain Error动态指标主要有：•Total harmonic distortion (THD)•Signal-to-noise plus distortion (SINAD)•Effective Number of Bits (ENOB)•Signal-to-noise ratio (SNR)•Spurious free dynamic range (SFDR)二、ADC的测试方案要进行ADC这些众多指标的验证，基本的方法是给ADC的输入端输入一个理想的信号，然后对ADC转换以后的数据进行采集和分析，因此，ADC的性能测试需要多台仪器的配合并用软件对测试结果进行分析。
下图是一个典型的ADC测试方案：如图所示，由Agilent 的ESG 或PSG 做为信号源产生高精度、高纯净度的正弦波信号送给被测的ADC 做为基准信号，ADC 会在采样时钟的控制下对这个正弦波进行采样，变换后的结果用逻辑分析仪采集下来。
【高速中频采样和数字下变频的研究】第七章高速高精度ADC的测试结果
第七章 高速高精度ADC的测试结果第一节测试条件7-1-1 测试电路原理框图ADC测试电路的原理框图如图7-1-1所示，A/D转换板可接收两路输入信号，并通过合成器（combiner）把两路信号相加。
合成器采用的是Mini-Circuits公司的SCP-2-1，其带宽为0.1~400MHz，该A/D板可实现一路信号的输入或两路信号的相加输入。
转换出的数字信号经输出缓冲器后输出到数据缓冲板。
PC机可将数据缓冲板中的数据读入并进行分析处理。
图7-1-1 测试电路原理框图模拟输入信号可以分别通过两个SMA端口接入测试系统，两路输入信号通过一个无源合成器合成为一路信号，无源合成器能确保相加后的信号有最小的畸变。
对于高速、大动态范围的ADC来说，其模拟信号输入端和时钟输入端均采用差分输入，所以本系统采用变压器耦合时钟信号和模拟信号。
这样可以把单端信号转变为双端差分信号，并使热噪声得到最大程度的抑制。
ADC芯片是Analog Device公司的AD6644，其分辨率为14bit，最高采样率为65MHz。
ADC的输出经数据锁存器锁存后存入SRAM。
当SRAM存满时可发出Full信号，PC机在检测到这个信号后，即可通过ISA总线把SRAM中的数据读入。
PC机则负责数据分析和处理。
7-1-2信号源为了测试14bit的ADC，必须选用高精度的信号源作为参考信号。
在这里采用的信号源是HP E4420B，其带宽为250KHz~2.0GHz。
它属于HP ESG系列信号发生器，其频率纯度主要指标如下：SSB Phase Noise (typical, at 20kHz offset)at 500MHz: <-120dBc/Hzat 1000MHz: <-116dBc/Hzat 2000MHz: <-104dBc/HzHarmonics (≤+4dBm output level): < -30dBcNonharmonics (>3kHz offset, <+7dBm output level)250kHz to 1000MHz: <-65dBc>1000MHz to 2000MHz: <-59dBcSubharmonics≤ 1000MHz: None> 1000MHz: <-40dBc从以上指标来看，信号源的谐波分量还比较大（< -30dBc），必须用滤波器将其滤除。
时域时钟抖动分析
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,从而降低成本与功耗。
在欠采样接收机设计中必须要特别注意采样时钟,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”重点介绍如何确凿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,则其可以得到完全再建。
假设以100 MSPS的速率对高达10MHz的输入信号采样,则不管该信号就是位于1到10MHz的基带(首个Nyquist 区域),还就是在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,大凡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,同时避免再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,可以瞧到计时不准(时钟抖动或时钟相位噪声)就是如何形成振幅变化的。
由于高Nyquist 区域(例如,f1 = 10 MHz到f2 = 110 MHz)欠采样带来输入频率的增加,不变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)。
电子论文-高速互联链路中参考时钟的抖动分析与测量
高速互联链路中参考时钟的抖动分析与测量中兴&力科 高速信号测试技术联合实验室 陈明华 张昌骏摘要在高速互联链路中，发送器的参考工作时钟的抖动是影响整个系统性能的关键因素之一。
本文对时钟抖动的主要概念、测试方法及注意事项、测试难点进行分析和探讨。
高速互联链路介绍任何一个通信链路都包含三个部分：发送器（TX）、媒质（信道）、接收器（RX）。
对于高速的串行互联链路也包含这三个部分，如下图1所示为一个典型的高速互联链路的结构图。
其中发送器包括了：并行转换串行、编码（比如8b10b编码）、发送信号优化（如预加重）、发送驱动等功能。
接收器包括了：时钟恢复、数据恢复、接收信号优化（如均衡）、串行转化并行、解码等功能。
传输通道则由印刷电路板的走线、过孔、连接器、插卡的金手指、电缆、光纤等组成。
从整个链路的组成来看，发送器参考时钟的抖动在串并转换时就引入到整个链路中，影响着TX端发送出的数据的抖动，而接收器要从这些数据中恢复出时钟来进行后续的处理。
可以看出发送器参考时钟的性能对整个链路的性能起到很关键的作用。
本文从时钟抖动的相关概念、测试实例、测试注意事项、测试难点几方面对时钟抖动测试进行分析和探讨。
图1：串行互联链路的结构示意图三种时钟抖动的定义，峰峰值与有效值时钟抖动通常分为时间间隔误差（Time Interval Error，简称TIE），周期抖动（Period Jitter）和相邻周期抖动（cycle to cycle jitter）三种抖动。
TIE又称为phase jitter，是信号在电平转换时，其边沿与理想时间位置的偏移量。
理想时间位置可以从待测试时钟中恢复，或来自于其他参考时钟。
如图2所示TIE 抖动的示意图，I1、I2、I3、In-1、In 是时钟第一个到第n 个上升沿与理想时间位置的偏差，将I1、I2到In 进行数理统计，在所有样本的找出最大值和最小值，两者相减可以得到TIE 抖动的峰峰值，即：假设N为测量的样本总数，抖动的平均值可表示为：抖动的有效值（即RMS 值）为所有样本的1个Sigma 值，即：周期抖动（Period Jitter ）是多个周期内对时钟周期的变化进行统计与测量的结果。
高速adc的设计注意事项
高速adc的设计注意事项高速ADC是一种用于高速信号采集和数字化的模数转换器。
它的设计非常关键，因为它直接影响到信号采集的准确性和频率响应。
下面是一些设计高速ADC时需要注意的事项：1. 时钟和采样：在高速ADC中，时钟的稳定性和准确性是非常重要的。
为了确保准确的采样，时钟必须具有较低的相位噪声和抖动。
此外，时钟频率必须与信号频率匹配，以避免混叠失真。
因此，在设计高速ADC时，应选择高质量的时钟源，并确保时钟电路的稳定性和准确性。
2. 前端模拟电路：前端模拟电路是将输入信号转换为电压或电流的关键部分。
在高速ADC中，应选择低噪声和高速度的操作放大器，并提供适当的滤波器来去除高频噪声和混叠失真。
此外，为了提高信号质量，还可以使用差分信号传输和抗干扰设计技术。
3. 样本保持电路：样本保持电路用于在输入信号到达之后，将其保持在ADC输入端的电压或电流上。
在高速ADC中，样本保持电路必须具有高带宽和低抖动，以确保准确的采样。
此外，为了避免信号交叉耦合和信号失真，应采用差分样本保持电路和布局技术。
4. ADC核心：ADC核心是将模拟信号转换为数字信号的关键部分。
在高速ADC 中，需要选择合适的ADC架构和位数，以满足要求的采样速度和分辨率。
常见的高速ADC架构包括交叉比较器ADC、逐次逼近型ADC和闩锁型ADC。
在选择ADC核心时，还应考虑功耗、线性度、采样速度和动态范围等因素。
5. 数字后处理：数字后处理用于对采样的数字信号进行滤波、解调和数据处理。
在高速ADC中，数字后处理的设计必须满足高速数据传输的要求。
为了提高信号质量，可以使用数字滤波器、数据校正技术和误码校正方法。
此外，为了减少数据传输带宽和存储需求，还可以压缩采样数据。
6. 供电和接地：供电和接地是高速ADC设计中很重要的考虑因素。
为了避免噪声和干扰，应采用适当的电源滤波器和抑制技术。
此外，为了减少电源反馈和信号耦合，应采用适当的电源布局和接地技术。
几种利用ADC采样测量时钟抖动方法的比较
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维普资讯
第２卷 １
・
第 ２期
电子测量与仪器学报
Ｊ ＲＮ Ｌ ＯＦ Ｅ ＥＣＴ ＯＵ Ａ Ｌ ＲＯＮ Ｃ Ｉ
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７ ０ ・
２０ ０ ７年 ４月
几种利用 Ａ ＤＣ采样 测 量 时钟 抖 动 方 法 的 比较
ｍａ ｉｇ ｔｎ ．
时钟在现代串行通信、 高速数据采集中扮演着 至关重 要 的角色 。衡量 时钟 质量 的一个 非常关键 的 指 标就 是时钟 抖动 的大 小 。时钟抖 动的大 小和分 布 直接影响着串行通信的误码率¨ ； 也决定着高速数 据采集的信噪 比＿ 。因此如何测量 和评估一 个时 ２ 钟系统的大小和分布成 为今年来研究 的热点， 测量
Ｙｉｕ ｕ Ｊ ｎｅ ｇＹａ ｇ Ｍｅｃ ｉ ｎ ｈ ａＷ ｕ ｆｎ ｎ ｉａ Ｄｅ ｇ （ ｅｔ ｆ ｏ ｅ ｈｓ ｓ ｎｖｒ ｔ ｏ Ｓｉ ｃ Ｔ ｃ ｎｌ ｙｏ ｈｎ ，Ｈ ｆｉ ２ ０ ２ ） Ｄ ｐ．ｏ ｄ ｍ Ｐ ｙｉ ，Ｕ ｉ ｓｙ ｆ ｃｅ ｅ＆ ｅｈ ｏ ｇ ｆ ｉａ ｅ ， ３０ ６ Ｍ ｃ ｅ ｉ ｎ ｏ Ｃ ｅ
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时钟的抖动测量与分析
时钟的抖动测量与分析时钟抖动的分类与定义时钟抖动通常分为时间间隔误差（Time Interval Error，简称TIE），周期抖动（Period Jitter）和相邻周期抖动（cycle to cycle jitter）三种抖动。
TIE又称为phase jitter，是信号在电平转换时，其边沿与理想时间位置的偏移量。
理想时间位置可以从待测试时钟中恢复，或来自于其他参考时钟。
Period Jitter是多个周期内对时钟周期的变化进行统计与测量的结果。
Cycle to cycle jitter是时钟相邻周期的周期差值进行统计与测量的结果。
对于每一种时钟抖动进行统计和测量，可以得到其抖动的峰峰值和RMS值（有效值），峰峰值是所有样本中的抖动的最大值减去最小值，而RMS值是所有样本统计后的标准偏差。
如下图1为某100M时钟的TIE、Period Jitter、Cycle to Cycle jitter的峰峰值和RMS值的计算方法。
图1：三种时钟抖动的计算方法时钟抖动的应用范围在三种时钟抖动中，在不同的应用范围需要重点测量与分析某类时钟抖动。
TIE抖动是最常用的抖动指标，在很多芯片的数据手册上通常都规定了时钟TIE抖动的要求。
对于串行收发器的参考时钟，通常测量其TIE抖动。
如下图2所示，在2.5Gbps的串行收发器芯片的发送端，参考时钟为100MHz，锁相环25倍频到2.5GHz后，为Serializer（并行转串行电路）提供时钟。
当参考时钟抖动减小时，TX输出的串行数据的抖动随之减小，因此，需要测量该参考时钟的TIE抖动。
另外，用于射频电路的时钟通常也需测量其TIE抖动（相位抖动）。
在并行总线系统中，通常重点关注period jitter和cycle to cycle jitter。
比如在共同时钟总线（common clock bus）中（如图3所示），完整的数据传输需要两个时钟脉冲，第一个脉冲用于把数据锁存到发送芯片的IO Buffer，第二个脉冲将数据锁存到接收芯片中，在一个时钟周期内让数据从发送端传送到接收端，当发送端到接收端传输延迟（flight time）过大时，数据的建立时间不够，传输延迟过小时，数据的保持时间不够；同理，当这一个时钟的周期值偏大时，保持时间不够；周期值偏小时，建立时间不够。
时钟抖动和相位噪声对采样系统的影响
时钟抖动和相位噪声对采样系统的影响时钟抖动是指时钟信号的时间偏离其期望值的现象。
在实际应用中，时钟信号不可避免地会有抖动存在，主要是由于时钟发生器的不稳定性、环境温度的变化、电源波动等因素引起的。
时钟抖动会导致采样系统的时序不准确，从而引入额外的噪声和失真。
时钟抖动对采样系统的影响主要体现在以下几个方面：1.时间抖动：时钟信号的时间抖动会导致采样时刻的不准确性，即采样时刻与理想时刻存在偏差。
时间抖动会引入额外的误差，降低采样的准确性。
2.采样间隔不均匀：时钟抖动会导致采样间隔不均匀，即采样点之间的时间间隔不一致。
采样间隔的不均匀会引起谱线畸变、频谱泄漏等问题。
3.时钟漂移：时钟抖动还可能引起时钟的频率偏移，即时钟信号的频率在长时间内发生变化。
时钟漂移会导致采样频率的不稳定性，从而引入额外的误差。
相位噪声对采样系统的影响主要体现在以下几个方面：1.频谱扩展：相位噪声会导致采样信号的频谱扩展，即频谱的带宽变宽，从而在频域上引入额外的噪声。
频谱扩展会降低采样系统的信号和噪声比（SNR）。
2.时钟失真：相位噪声会导致时钟信号的相位不稳定，进而引起采样时钟的失真。
时钟失真会导致采样时刻的不准确性，从而降低采样系统的准确性。
3.时钟频偏：相位噪声还可能引起时钟信号的频率偏移，即时钟信号的频率在短时间内产生变化。
时钟频偏会导致采样频率的不稳定性，进而影响采样信号的恢复和重构。
针对时钟抖动和相位噪声对采样系统的影响，有一些常见的解决方法和技术可以应用：1.时钟抖动：可以采用外部稳定的时钟源，如石英晶体振荡器，来提供准确的时钟信号。
此外，也可以采用时钟同步和校准的技术，通过校准时钟源的偏差和抖动，以保证采样系统的时序准确性。
2.相位锁定环（PLL）：相位锁定环是一种常用的技术，用于减小时钟信号的相位噪声。
相位锁定环通过对时钟信号的频率和相位进行反馈调整，使得时钟信号的相位模糊和频谱扩展得到减小。
3.数字滤波器：可以采用数字滤波器来抑制时钟抖动和相位噪声对采样信号的影响。
高速ADC抖动产生SNR问题解析
高速ADC抖动产生SNR问题解析
您在使用一个高速模数转换器(ADC) 时，总是期望性能能够达到产品说明书载明的信噪比(SNR) 值，这是很正常的事情。
您在测试ADC 的SNR 时，您可能会连接一个低抖动时钟器件到转换器的时钟输入引脚，并施加一个适度低噪的输入信号。
如果您并未从您的转换器获得SNR 产品说明书标称性能，则说明存在一些噪声误差源。
如果您确信您拥有低噪声输入信号和一种较好的布局，则您的输入信号频率以及来自您时钟器件抖动的组合可能就是问题所在。
您会发现“低抖动”时钟器件适合于大多数ADC 应用。
但是，如果ADC 的输入频率信号和转换器的SNR 较高，则您可能就需要改善您的时钟电路。
低抖动时钟器件充其量有宣称的1 微微秒抖动规范，或者您也可以从一个FPGA生成同样较差的时钟信号。
这会使得高速ADC 产生SNR 误差问题包括ADC 量化噪声、差分非线性(DNL) 效应、有效转换器内部输入噪声和抖动。
利用方程式 1 中的公式，您可以确定抖动是否有问题，公式给出了外部时钟和纯ADC 抖动产生的ADC SNR 误差。
在该方程式中，fIN 为转换器的输入信号频率。
另外，tJITTER-TOTAL 为时钟信号和ADC时钟输入电路的rms 抖动。
请注意，fIN 并非时钟频率(fCLK)。
外部时钟器件到ADC 的 1 微微秒抖动适合于一些而不。
合理选择高速ADC实现欠采样
合理选择高速ADC实现欠采样简介：ADC（Analog-to-Digital Converter）是将模拟信号转换为数字信号的电子元件。
高速ADC（High-Speed ADC）是指采样速率高于100 MSPS （Million Samples Per Second）的ADC。
欠采样则指采样频率低于信号频率的取样方法。
本文将探讨为什么需要高速ADC实现欠采样，并介绍在合理选择高速ADC实现欠采样时需要考虑的因素。
为什么需要高速ADC实现欠采样？1.减少功耗：高速ADC可以在很短的时间内完成采样，从而减少了ADC芯片的工作时间和功耗。
2.增加系统带宽：高速ADC可以更快速地处理采样数据，并能够传输更多的信号频率。
因此，通过欠采样可以提高系统的带宽，更好地保留原始信号的信息。
3.简化数字滤波器：高速ADC可以以更高的频率进行采样，从而使得在低频段进行滤波的任务变得相对简单。
为了实现相同的滤波要求，较低采样频率的ADC可能需要更复杂的数字滤波器。
而在选择高速ADC实现欠采样时，需要考虑以下因素：1.采样速率：根据所需要的采样频率，选择合适的高速ADC。
如果信号频率非常高，则需要更高采样速率的ADC来满足欠采样的需求。
2.分辨率：分辨率指的是ADC能够将模拟信号转换为数字信号的精度。
在高速ADC中，较高的分辨率可以提供更准确的数字表示，从而更好地保留原始信号的细节。
3. SNR（Signal-to-Noise Ratio）：SNR是指信号和噪声的比值。
在欠采样过程中，由于抽样定理的限制，采样频率低于信号频率，因此可能会引入折叠噪声。
因此，选择高SNR的ADC可以降低欠采样引入的噪声。
4.电源噪声：高速ADC通常对电源噪声比较敏感。
因此，选择有较低电源噪声的ADC可以减少噪声对采样结果的影响。
5.功耗：采样速度越高，ADC的功耗通常也越高。
因此，需要根据系统的功耗要求来选择合适的ADC。
6.抗干扰能力：在高速ADC的环境下，可能会受到一些干扰，例如时钟抖动、串扰等。
时钟抖动对AD有效位数的影响
时钟的相位噪声一般都为高斯白噪声，所以时钟抖
动可以被看作高斯白噪声，则：
E(Tjitter)= 0 D(Tjitter)= σ2 式中 E(Tjitter)为采样时钟抖动的均值；D(Tjitter)为采 样时钟抖动的方差。
2
电 子科 技大 学学 报
第 37 卷
影响，量化误差是量化器中对最终结果造成的影响， 两个系统是级联的。
因此，时钟抖动与量化不是相互独立的，量化 器不但对采样保持的原始信号进行量化，也对时钟
抖动产生的误差信号进行量化。
采样时钟抖动是时钟源的固有性质，与输入信 号是相互独立的。为了方便分析，假设时钟抖动幅
由上面的假设随机抖动服从高斯分布当通过量化器之后需要将高斯分布离散化处理因为时钟抖动tjitter则分布的取值空间不在是整个实数域而是在fs2fs2域服从一种近似的高斯离散增刊杨文波分布即将1fs按照一个lsb对应的时间为单位进行离散化处理
第 37 卷 增刊 2008年6月
·通信与信息工程·
电 子科 技大 学学 报 Journal of University of Electronic Science and Technology of China
对时钟抖动的方差做归一化处理，归一化系数
T 1
为时
钟源
的固
有参
数，
则此
时D
(Tjitter
)=1。
采样保持电路输出S(kTs)=E(x(t))+ δ，其中E(x(t))
为采样保持电路期望的输出信号； δ为抖动产生的
误差 信号 。量 化器 的输 出Y( n)=[ S( kTs)2 n/max( x( t)) ]，
高速ADC测试技术介绍
静态参数：低速下测得 差异：动态参数测试
范围较大，相对噪声干扰较小
高速ADC测试难点
高速ADC测试难点：动态参数
（高频） （高速）
滤波
单端转差分
阻抗匹配
350mV
（高速）
模拟输入信号滤波 模拟输入阻抗匹配 高速时钟抖动要求 输出高速信号采集
工程测试实现难点：
解决措施1-模拟输入信号滤波
VDD VREF 高速ADC
单端 模拟输入 AIN
差分 5V或更大 … 5V或更高 模拟输入
AIN+
AIN-
3.3V或更小 … 2.5V或更低
低频信号 kHz以下
VREF
传统ADC
高频信号 上百MHz
单端 时钟输入 低速ksps级
CIN
Q1 QN
单端输出 … 低速数字信 号ksps级
差分 时钟输入 高速上百 Msps
信噪比
信号噪声失真比 无杂散动态范围 有效位
积分线性误差
高速ADC与传统ADC测试差异
电参数测试数学模型
静态参数
动态参数
高速ADC与传统ADC测试差异
传统ADC测试
模拟输入频率低，无需考虑滤波及匹配；
时钟频率低，无需考虑抖动、相噪影响； 采样速率低，数字输出幅度高，误采率低； 基准电压较高（5V或以上），模拟输入信号
CIN+ CIN-
Q1 QN
差分LVDS输出 … 高速数字信号 上百Msps
应用：例如电子秤 转换速度要求较低，接近直流
应用：例如手机通讯 转换速度要求较高，速率达上百Msps
高速ADC与传统ADC测试差异
ADC主要电参数 包括静态参数和动态参数测试
高速ADC时钟芯片选型及jitter计算(可编辑修改word版)
2 2( )NN + D50 W1mW高速 ADC 时钟 jitter 求解高速 ADC 的时钟 jitter 会影响高速 ADC 的信噪比 SNR ，而信噪比决定了模拟前端输入的有效范围。
所以需要先确定模拟前端的有效输入范围，然后确定应该满足的 SNR ，然后推导出时钟 jitter 。
一、模拟前端动态输入范围和有效位 ENOB 的关系 假设 ADC 的最大输入幅度是 Vpp （单位 V ），分辨率位数 N 位，有效位数 ENOB 位。
有效位数 ENOB 是 ADC 的 N 位分辨率中实际有用的位数。
N 位 ADC 理论最小分辨率满足Vpp1L SB =2N 然而如果 ADC 的噪声信号大于 1LSB ，则 ADC 采样信号的 N 位表示中并不是每一位都能表示采样信号，所以实际的分辨率位数会小于 N ，实际的分辨率位数我们称为有效位数ENOB 。
因此对于 ADC 来说，更加有效的参数是 ENOB ，而不是 N ，ADC 实际的最小分辨率应该为：Vpp1L SB = 2EN OBADC 的模拟输入动态范围为（VppMin ，VppMax ），VppMin 和 VppMax 使用下面公式计 算2Vpp M ax = 10l g50 1mWdBmWVpp 2 (2EN OB )模拟输入的幅度宽度：VppMax- VppMin=6.02ENOB二、有效位 ENOB 、信噪比 SNR 、信纳比 SINAD ，总谐波失真 THD 之间的关系 2.1、SNRSNR 的定义是信号幅度均方根与噪声幅度均方根的比值。
假设信号幅度均方根是 S ，噪声均方根是 N ，则S N R = 20lg (S)2.3、SINADSINAD 是信号幅度均方根与所有其它频谱成分(包括谐波但不含直流)的和方根的平均值之比。
假设信号谐波幅度均方根是 N ，则S INAD = 20lg( S )( Vpp M in = 10l gdBmW)D (2.2、THDTHD 指的是基波信号的均方根值与其谐波(一般仅前5 次谐波比较重要)的和方根的平均值之比。
单通道高速SAR ADC关键技术研究
单通道高速SAR ADC关键技术研究单通道高速SAR ADC关键技术研究摘要：随着信息时代的快速发展，对高速、高精度模数转换器（ADC）的需求越来越迫切。
单通道高速逐次逼近式寄存器（Successive Approximation Register, SAR）ADC因其具有低功耗、低成本和较高的性能等优势而备受研究关注。
本文将对单通道高速SAR ADC的关键技术进行探讨。
通过对SAR ADC的工作原理进行研究，我们可以发现其内在的转换精度与采样率之间存在着一种权衡关系。
因此，在设计单通道高速SAR ADC时，需在保证一定精度的前提下，尽可能提高采样率。
为了提高转换精度，我们可以采用比特随机顺序的校准技术，通过在每次转换周期中对比特随机顺序进行校准，消除非线性误差。
同时，引入摆率控制技术可以提高DAC的精度，增大比特控制翻转电容（Switched-Capacitor，SC）电阻切换速度，从而提高采样率。
在电路设计方面，为了实现高速采样，我们需要使用快速开关技术、低功耗设计和低噪声电源设计。
快速开关技术可以减小开关时间，提高转换速度。
低功耗设计通过采用低功耗放大器、电容缓冲器和开关，降低ADC功耗。
低噪声电源设计可以减小转换误差，提高信号的准确性。
此外，时钟和时钟边缘检测技术在高速SAR ADC中也起着重要作用。
时钟技术通常采用同步或异步时钟，以满足不同的应用需求。
时钟边缘检测技术可以提高采样率，并减小转换误差。
在设计中，还需要考虑时钟抖动、时钟同步问题和时钟校准等关键因素。
最后，为了应对单通道高速SAR ADC的发展和解决新一代应用中面临的挑战，我们需要进一步研究和优化ADC的数字处理技术、封装技术和功耗管理策略等关键技术。
数字处理技术可以提高图像质量和解析度，封装技术可以减小器件尺寸，提高集成度和可靠性，功耗管理策略可以降低功耗并延长电池寿命。
综上所述，单通道高速SAR ADC的关键技术研究具有重要意义。
高速ADC时钟芯片选型和jitter计算
高速ADC时钟jitter求解高速ADC的时钟jitter会影响高速ADC的信噪比SNR，而信噪比决定了模拟前端输入的有效范围。
所以需要先确定模拟前端的有效输入范围，然后确定应该满足的SNR，然后推导出时钟jitter。
一、模拟前端动态输入范围和有效位ENOB的关系假设ADC的最大输入幅度是Vpp（单位V），分辨率位数N位，有效位数ENOB位。
有效位数ENOB是ADC的N位分辨率中实际有用的位数。
N位ADC理论最小分辨率满足1LSB=Vpp 2N然而如果ADC的噪声信号大于1LSB，则ADC采样信号的N位表示中并不是每一位都能表示采样信号，所以实际的分辨率位数会小于N，实际的分辨率位数我们称为有效位数ENOB。
因此对于ADC来说，更加有效的参数是ENOB，而不是N，ADC实际的最小分辨率应该为：1LSB=Vpp 2ENOBADC的模拟输入动态范围为（VppMin，VppMax），VppMin和VppMax使用下面公式计算VppMax=10lg Vpp22250W1mWdBmWVppMin=10lgVpp2ENOB22250W1mWdBmW模拟输入的幅度宽度：VppMax-VppMin=6.02ENOB二、有效位ENOB、信噪比SNR、信纳比SINAD，总谐波失真THD之间的关系2.1、SNRSNR的定义是信号幅度均方根与噪声幅度均方根的比值。
假设信号幅度均方根是S，噪声均方根是N，则SNR=20lg SN2.3、SINADSINAD是信号幅度均方根与所有其它频谱成分(包括谐波但不含直流)的和方根的平均值之比。
假设信号谐波幅度均方根是N，则S INAD=20lg SN+D2.2、THDTHD指的是基波信号的均方根值与其谐波(一般仅前5次谐波比较重要)的和方根的平均值之比。
假设2次、3次、4次以上的和谐波失真分别为HD2，HD3，HDn，总谐波失真是D，则THD可以用下面公式求解：THD=20lg SD=−10lg10−HD210+10−HD310+10−HDn10有些ADC的datasheet提供里THD的值，但是也有一些没有直接提供THD值得，没有提供THD值得可以使用HD2，HD3，HDn计算。
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高速ADC时钟抖动及其影响的研究
摘 要： 从ADC的输入信号及时钟源的自身参数着手，主要分析了输入信号幅值、频率、采样频率对时钟抖动及ADC信噪比的影响，根据ADC手册数据提供的信息给出了时钟抖动的计算方法，并对计算结果和实际测量结果进行分析比较，进一步提出了减少时钟抖动方法。关键词： 时钟抖动；SNR；频率
由式（2）可知，时钟抖动引起的信噪比与输入信号的频率 fin有关，随着输入信号频率 fin的增大，信噪比下降。也可知时钟抖动引起的信噪比与输入信号幅度 Ain无关，但由图2可以看出随着输入信号幅度 Ain的降低，时钟抖动Jitter随之减少，因而信噪比与时钟抖动Jitter密切相关。 ADC总噪声由热噪声、量化噪声和抖动三部分组成，如果假定所有的噪声源线性无关，则ADC的信噪比可以用式(3)表示。式(3)中，T表示热噪声在一个周期内的有效值平方，Q表示量化噪声在一个周期内的有效值的平方，这两项与输入信号的频率 fin无关，时钟抖动一个周期有效值的平方δ2则取决于输入信号频率 fin。如果要求ADC 在输入信号 fin较大时SNR高，则必须用抖动小的采样时钟。因此，在高速高精度ADC 的设计中,对时钟电路都采用特别的处理方法来降低时钟抖动，比如Maxim公司的Max104 等。 对于一个确定的ADC，当输入信号幅值 Ain低于一定值时，其信噪比主要取决于热噪声和量化噪声，这种情况下时钟抖动对其影响不大。图3所示为ADS5542工作在78 MSPS和230 MHz输入下的实际噪声基底。图3中的理论曲线是在加上250 fs的抖动和1LSB的热噪声下的条件下由式(2)计算得出的，由图可以看出理论曲线与实际测量的噪声基底曲线非常接近。表1所示为在不同的输入信号频率下的信噪比的大小。表中给出了两组数据，一组为实际测量的信噪比SNR，一组为由式(2)计算出来的信噪比SNR。表1中的测量值是在采样频率fs为60 MS/s，并假定抖动频率为200 fs的条件下测量出的数据。由表1可知，由式(2)估算出来的数据和实际测量的数据之间的误差较小，式(2)比较准确地表达了信噪比与输入信号频率之间的n、fS的关系 时钟信号启动采样保持器进行采样之前，采样保持电路的内部开关处于闭合状态，电容电压跟踪模拟输入信号的变化，时钟信号的一个边沿到来时开关打开，电容电压保持为该时刻的值。，该时刻的电压值为垂直虚线所对应的值，在Δt的采样时间内，产生了一个采样电压误差ΔV，该瞬时误差就是时钟抖动Jitter，采样电压误差的大小取决于输入电压波形。如果没有其他噪声信号，根据图2可以计算出抖动电压的大小和信噪比。如果图1的输入信号为幅值为Ain、频率为fin的正弦波，则采样电压的时钟抖动Jitter正比于输入电压在该时刻的斜率和采样时间。则一个周期的时钟抖动Jitter有效值的平方δ2为：