理解时钟抖动对高速ADC的影响
电路设计流程如何应对高速信号传输与时延问题
电路设计流程如何应对高速信号传输与时延问题高速信号传输与时延问题是电路设计流程中常见的挑战。
在设计过程中，若不能有效地处理这些问题，可能会导致信号失真、时钟偏移和系统错误等不良后果。
因此，本文将介绍如何应对电路设计过程中的高速信号传输与时延问题。
一、信号传输问题的原因及影响高速信号传输问题主要源于信号的传输速度快、频率高、时钟精度要求高等特点。
以下是几个常见的信号传输问题及其影响：1. 时钟抖动：时钟抖动是指时钟信号频率的不稳定性，可能导致数据误差、时序错误等问题。
2. 串扰：高速信号传输时，信号之间可能发生串扰，导致信号失真。
3. 端口反射：当信号到达传输终点时，可能会发生端口反射，造成信号波形的失真和干扰。
二、解决高速信号传输问题的方法为了解决高速信号传输过程中遇到的问题，设计师可以采用以下方法：1. 时钟源的优化：合理选择时钟源，并增加时钟源的稳定性和精确度，可有效减少时钟抖动。
2. 信号完整性设计：利用滤波器、终端阻抗匹配和屏蔽罩等方法，避免信号之间的串扰，提高信号传输的准确性。
3. 驱动电流的控制：通过控制驱动电流的大小，能够减少端口反射产生的信号波形失真和干扰。
4. 延时补偿技术：通过引入延时补偿电路，可以对超高速信号进行时延补偿，以确保各个信号的同步传输。
三、电路设计流程中的注意事项在电路设计流程中，设计师需要注意以下几个方面：1. 信号完整性分析：在设计开始之前，应对电路进行信号完整性分析，包括信号的传输路径、时延要求、时钟精度等因素，为解决高速信号传输问题做准备。
2. 仿真与验证：在设计过程中，可以通过使用仿真工具对电路进行验证，以确定设计方案的可行性，避免出现一些隐蔽的高速信号传输问题。
3. 布局与布线规范：合理的布局和布线有助于降低信号传输过程中的串扰和反射等问题。
设计师应遵循相关的布局和布线规范，确保设计的完整性。
4. 时延分析与优化：通过时延分析工具，对信号传输过程中的时延进行评估和优化，以满足设计要求。
高速ADC时钟抖动及其影响的研究
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：
adc芯片对电源纹波的要求 -回复
adc芯片对电源纹波的要求-回复ADC芯片对电源纹波的要求ADC（Analog-to-Digital Converter）芯片是将模拟信号转换成数字信号的重要组件，广泛应用于各种电子设备中。
ADC芯片对电源纹波的要求相当高，因为电源纹波会对ADC芯片的性能和准确性产生直接影响。
本文将从电源纹波的概念、原因以及对ADC芯片的影响等方面进行详细解析，并介绍如何满足ADC芯片对电源纹波的要求。
一、电源纹波的概念电源纹波是指电源电压存在的周期性波动，主要由交流电源带来的变化引起。
交流电源本身具有周期性变化的特点，而这种波动会通过电源线路传递到ADC芯片上，导致电压不稳定，从而影响ADC芯片的性能。
二、电源纹波的原因1. 电源线路阻抗：电源线路的阻抗会影响电流的流动，导致电压的波动。
线路阻抗越大，电源纹波的幅值越大。
2. 电源过滤器：电源过滤器的设计不合理或老化会导致电流中存在较大的纹波成分，进而引起电源纹波。
3. 电源负载：电源负载的变化会导致电流的波动，进而影响电源的稳定性。
4. 周边设备：周边设备的开关操作、电磁辐射等因素都会干扰电源的稳定性，产生电源纹波。
三、电源纹波对ADC芯片的影响1. 精度降低：电源纹波会使得ADC芯片的输入电压不稳定，导致采样误差增大，从而使得转换精度下降。
2. 噪声增加：电源纹波本身就是一种噪声信号，会叠加在ADC芯片的输入信号上，增加了系统的噪声。
这会影响ADC芯片的信噪比，进而降低其性能。
3. 抖动增加：电源纹波会引起ADC芯片时钟频率的抖动，从而使得采样时钟的稳定性下降，影响采样精度和速度。
4. 异常转换和失真：电源纹波的存在会导致ADC芯片的转换过程出现异常，如转换时间延长、转换值异常等。
这会导致ADC芯片输出失真，无法正确转换模拟信号。
四、满足ADC芯片对电源纹波的要求为了满足ADC芯片对电源纹波的要求，可以采取以下几个方面的措施：1. 电源设计：通过合理的电源线路设计和选用合适的电源过滤器，可以减小电源纹波的幅值。
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。
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。
ADC的九个关键指标
ADC器件的九项关键规格[2008.7.1]作者：Brad Brannon，美国模拟公司模拟转换器性能不只依赖分辨率规格大量的模数转换器(ADC)使人们难以选择最适合某种特定应用的ADC器件。
工程师们选择ADC时，通常只注重位数、信噪比(SNR)、谐波性能，但是其它规格也同样重要。
本文将介绍ADC器件最易受到忽视的九项规格，并说明它们是如何影响ADC性能的。
1. SNR比分辨率更为重要。
ADC规格中最常见的是所提供的分辨率，其实该规格并不能表明ADC器件的任何能力。
但可以用位数n来计算ADC的理论SNR：不过工程师也许并不知道，热噪声、时钟抖动、差分非线性(DNL)误差以及其它参数异常都会限制ADC器件的SNR。
对于高性能高分辨率转换器尤其如此。
一些数据表提供有效位数(ENOB)规格，它描述了ADC器件所能提供的有效位数。
为了计算ADC的ENOB值，应把测量的SNR值放入上述公式，并求解n。
ENOB提供了有价值的规格说明，而噪声频谱密度（单位：dBm/Hz或）则提供了更有价值的ADC性能规格。
前一个规格说明要求已知ADC器件的输入阻抗，而后者并不需要，可根据ADC器件的采样率、输入范围、SNR（来自数据表）和输入阻抗(dBm/Hz)来计算这些值。
只需知道两种频谱密度值的任一个，就可以选择与转换器前方的模拟电路的性能相匹配的ADC器件。
这种ADC器件选择方法考虑了总体噪声分布的影响，只需声明转换器的分辨率或ENOB。
许多工程师还关注ADC器件乱真失真和谐波抑制。
他们可能并不了解：谐波性能和乱真畸变是与ADC器件的分辨率规格完全关於的。
ADC设计者会调整IC设计特性，以便谐波符合人们对具有n位分辨率的ADC的预期。
因此在选择转换器时，应密切注意SNR和无杂散动态范围(SFDR)，但要把这些规格与ADC的分辨率位数规定值区分开。
2. 应检查电源噪声。
电源抑制比(PSSR)描述了与ADC器件样本网络耦合的电源线路上的噪声信号数量。
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，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 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 芯片的性能测芯片的性能测试试是由芯片芯片生产厂家完成生产厂家完成生产厂家完成的，的，的，需需要借助昂贵借助昂贵的的半导体测试仪器试仪器，，但是对于是对于板级板级板级和系统和系统和系统级级的设计人员来说设计人员来说，，更重更重要的是如要的是如要的是如何验何验何验证芯片在证芯片在板级或板级或系统系统系统级级应用应用上上的真正真正性能指标。
性能指标。
一、ADC的主要参数ADC 的主要指标分要指标分为静态为静态为静态指标和动指标和动指标和动态态指标2大类大类。
静态静态指标指标指标主主要有要有：：•Differential Non-Linearity (DNL)•Integral Non-Linearity (INL)•Offset Error•Full Scale Gain Error动态指标指标主主要有要有：：•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 这些众多这些众多指标的指标的指标的验验证，证，基本基本基本的方的方的方法法是给ADC 的输入的输入端端输入一个理想的信号，的信号，然后然后然后对对ADC 转换转换以以后的数的数据进行据进行据进行采集和分采集和分采集和分析析，因此，，因此，ADC ADC 的性能测的性能测试试需要多台仪器多台仪器的的配合并配合并用用软件软件对测对测对测试结果进行试结果进行试结果进行分分析。
时间抖动(jitter)的概念及其分析方法
时间抖动(jitter)的概念及其分析方法随着通信系统中的时钟速率迈入GHz级，抖动这个在模拟设计中十分关键的因素，也开始在数字设计领域中日益得到人们的重视。
在高速系统中，时钟或振荡器波形的时序误差会限制一个数字I/O接口的最大速率。
不仅如此，它还会导致通信链路的误码率增大，甚至限制A/D转换器的动态范围。
有资料表明在3G Hz以上的系统中，时间抖动（jitter）会导致码间干扰（ISI），造成传输误码率上升。
在此趋势下，高速数字设备的设计师们也开始更多地关注时序因素。
本文向数字设计师们介绍了抖动的基本概念，分析了它对系统性能的影响，并给出了能够将相位抖动降至最低的常用电路技术。
本文介绍了时间抖动（jitter）的概念及其分析方法。
在数字通信系统，特别是同步系统中，随着系统时钟频率的不断提高，时间抖动成为影响通信质量的关键因素。
关键字：时间抖动、jitter、相位噪声、测量时间抖动的概念在理想情况下，一个频率固定的完美的脉冲信号（以1MHz为例）的持续时间应该恰好是1us，每500n s有一个跳变沿。
但不幸的是，这种信号并不存在。
如图1所示，信号周期的长度总会有一定变化，从而导致下一个沿的到来时间不确定。
这种不确定就是抖动。
抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。
在绝大多数文献和规范中，时间抖动（jitter）被定义为高速串行信号边沿到来时刻与理想时刻的偏差，所不同的是某些规范中将这种偏差中缓慢变化的成分称为时间游走（wander），而将变化较快的成分定义为时间抖动（jitter）。
图1 时间抖动示意图1．时间抖动的分类抖动有两种主要类型：确定性抖动和随机性抖动。
确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的（而非随机的）产生原因，而且不能进行统计分析。
随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。
例如，能够影响半导体晶体材料迁移率的温度因素，就可能造成载子流的随机变化。
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)。
第四章 Dither的原理及其在ADC中的应用
第四章 Dither的原理及其在ADC中的应用Dither的字面意思是“发抖”、“抖动”、“颤`动”。
Dither技术已运用在许多方面，如在控制系统中用Dither技术进行雷达天线的自适应补偿、射电望远镜中滑动摩擦的补偿；在铁电物质LCD中运用Dither技术可实现一千六百万种色调；在扫描光学显微镜中利用Dither 原理提高其灵敏度；在研究无序系统时注入dither则起到了很好的效果等等。
总之，Dither 技术在语音、声学仪器；分析振动和滚动的机器设备；研究电子线路的非线性畸变等许多领域得到应用。
而在这里则着重探讨Dither在ADC中的应用。
第一节 Dither信号在ADC中的运用和发展历史1951年Goodall首先将Dither信号用在视频脉码调制(PCM)中以降低量化效应。
Goodall 用一个5bit,32 level高速ADC来再生电视图像时，图像强度上由量化步长而产生轮廓效应很容易被肉眼察觉。
Goodall发现加入一个幅度均方值小于输入信号峰峰值40dB的随机噪声后，轮廓就被遮掩了。
虽然图像好比被“噪化”，但大多数观察者认为这样的系统还是比较完美的。
Robert进一步研究运用噪声屏蔽轮廓效应。
他指出通常需要6到7个量化比特才能获得良好图像，当加入伪随机噪声后，只要3到4个量化比特就能得到人们可接受的图像。
在他的工作中还有几个新思想。
首先，他提出在ADC输入端加入一定量的噪声，在重新转换为模拟信号后再减去同样量的噪声的概念；其次，他明确地指出：这种加入噪声的处理打乱了原有的数字编码步长而类似于附加噪声，这使得整个变换通道非常类似于一个模拟通道。
很明显，这种加-减结构只是平均了输入信号，而一点也没有增加噪声的均方值。
有了Dither，量化噪声就变成了宽带噪声而和信号不相关。
到了60年代早期，Dither得到广泛的应用。
这就是在量化器的输入端再加上一个模拟信号，在量化后再把它减掉。
Schuchman研究了作用在量化噪声上的Dither效应。
ADC测试
高速ADC测试技术ADC(Analog-to-Digital Converter)即模拟/数字转换器。
现实世界中的信号，如温度、声音、无线电波、或者图像等，都是模拟信号，需要转换成容易储存、进行编码、压缩、或滤波等处理的数字形式。
模拟/数字转换器正是为此而诞生，发挥出不可替代的作用。
高速、高精度、低功耗、多通道是ADC未来的发展趋势目前，随着数字处理技术的飞速发展，在通讯、消费电器、工业与医疗仪器以及J 工产品中，对高速ADC的需求越来越多。
以通讯领域出现的新技术“软件无线电”为例，其与传统数字无线电的主要区别之一就是要求将A/D、D/A变换尽量靠近射频前端，将整个RF段或中频段进行A/D 采样。
如果将A/D移到中频，那么这种系统会要求数据转换器有几十到上百兆的采样率。
同时要求数据转换器对高频信号有很小的噪音和失真，以避免小信号被频率相近的大信号所掩盖。
高精度也是ADC未来的发展趋势之一。
为满足高精度的要求，数字系统的分辨率在不断提高。
在音频领域，为了在音频处理系统中获得更加逼真的高保真声音效果，需要高精度的ADC。
在测量领域，仪表的分辨率在不断提高，电流到达nA级，电压到mV级。
目前已经出现分辨率达到28bit的ADC，同时人们也在研究更高分辨率的ADC。
低功耗已经成为人们对电子产品共有的的要求。
当SOC（片上系统）的设计者们在为散热问题头疼的时候，便携式电子产品中的开发商们也在为怎样延长电池使用时间而动脑筋。
对于使用于此的ADC而言，低功耗的重要性是显而易见的。
在某些应用中（如医学图像处理），需要多路信号并行处理的，这驱使ADC的制造商们把多个ADC集成在一块IC上。
在这一类芯片中，如果使用传统的并行接口，将意味着数字管脚的激增，所以大都是使用了CDF（Clock-Data-Frame）的并行转串行技术。
高速AD测试中的难点高精度ADC的采样率不高，测试关键是要有高精度的信号源。
而高速ADC测试是一项更具挑战性的工作，其中采样时钟的Jitter和高速数字接口是两个必须面对的难题。
基于时钟树机制的超高速数字锁相放大系统
基于时钟树机制的超高速数字锁相放大系统邱亮;茆亚洲;彭滟;朱亦鸣【摘要】在超高速数字锁相系统中,虽然可以采用时间交替并行模数转换(Analog-to-digital converter,ADC)结构解决采样速率和采样精度的矛盾,但系统极易受各通道采样时钟抖动的影响.在分析采样时钟抖动与采样有效位数及动态范围关系的基础上,设计了一种基于时钟树机制的并联ADC交替采样结构的超高速数字锁相放大系统.实验结果表明,在相同的测试条件下,该系统比国外主流厂商的商用锁相放大器信噪比提高了约17.5 dB.【期刊名称】《数据采集与处理》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】8页(P715-722)【关键词】时间交替采样;时钟抖动;模数转换器;锁相放大器;信噪比【作者】邱亮;茆亚洲;彭滟;朱亦鸣【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海,200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海,200093【正文语种】中文【中图分类】TM932引言锁相放大技术是一种基于相干解调原理的微弱信号检测技术[1-4]。
通过给待测信号施加一个载波参考信号作调制，使载波参考信号携带待测信号的幅频特征，然后在检测端利用本征参考信号与待测载波信号的强相关性，将携带有待测信号幅频特征的参考载波信号进行相干解调，从而将待测信号从强背景噪声中提取出来。
1972年美国斯坦福公司研制出第一台商用级模拟锁相放大器，信号输入带宽可达101 kHz，动态范围120 dB。
国内对于锁相放大技术的研究起步比较晚，中大科仪有限公司采用FPGA与ARM平台架构开发的OE2041型数字锁相放大器，信号最高输入带宽30 MHz，动态范围100 dB。
近日，瑞士苏黎世公司利用超高速模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)芯片研发的HLMI型锁相放大器将检测带宽提高到600 MHz，动态范围100 dB，成为世界上迄今为止最快的商用数字锁相放大器。
ADC测试
高速ADC测试技术ADC(Analog-to-Digital Converter)即模拟/数字转换器。
现实世界中的信号，如温度、声音、无线电波、或者图像等，都是模拟信号，需要转换成容易储存、进行编码、压缩、或滤波等处理的数字形式。
模拟/数字转换器正是为此而诞生，发挥出不可替代的作用。
高速、高精度、低功耗、多通道是ADC未来的发展趋势目前，随着数字处理技术的飞速发展，在通讯、消费电器、工业与医疗仪器以及军工产品中，对高速ADC的需求越来越多。
以通讯领域出现的新技术“软件无线电”为例，其与传统数字无线电的主要区别之一就是要求将A/D、D/A变换尽量靠近射频前端，将整个RF段或中频段进行A/D采样。
如果将A/D移到中频，那么这种系统会要求数据转换器有几十到上百兆的采样率。
同时要求数据转换器对高频信号有很小的噪音和失真，以避免小信号被频率相近的大信号所掩盖。
高精度也是ADC未来的发展趋势之一。
为满足高精度的要求，数字系统的分辨率在不断提高。
在音频领域，为了在音频处理系统中获得更加逼真的高保真声音效果，需要高精度的ADC。
在测量领域，仪表的分辨率在不断提高，电流到达nA级，电压到mV级。
目前已经出现分辨率达到28bit的ADC，同时人们也在研究更高分辨率的ADC。
低功耗已经成为人们对电子产品共有的的要求。
当SOC（片上系统）的设计者们在为散热问题头疼的时候，便携式电子产品中的开发商们也在为怎样延长电池使用时间而动脑筋。
对于使用于此的ADC而言，低功耗的重要性是显而易见的。
在某些应用中（如医学图像处理），需要多路信号并行处理的，这驱使ADC 的制造商们把多个ADC集成在一块IC上。
在这一类芯片中，如果使用传统的并行接口，将意味着数字管脚的激增，所以大都是使用了CDF （Clock-Data-Frame）的并行转串行技术。
高速AD测试中的难点高精度ADC的采样率不高，测试关键是要有高精度的信号源。
而高速ADC 测试是一项更具挑战性的工作，其中采样时钟的Jitter和高速数字接口是两个必须面对的难题。
可编程控制器定义一种多路可编程高速时钟电路的设计
可编程控制器定义一种多路可编程高速时钟电路的设计引言近年来，我国电子与通信技术的飞速发展对时域信号测试和分析提出了更高的要求，在高速数据采集与波形处理方面尤为突出。
高速数据采集的关键部分为模数转换器(ADC)，影响ADC性能的因素有很多：输入模拟信号的频率大小及阻抗、取样时钟的抖动质量、供电电源的去耦情况、印制板的布局布线等。
ADC的动态性能受取样时钟的相位抖动(Phase Jiter)影响很大。
许多现代高速、高性能ADC 都要求低相位噪声(低抖动)的时钟，以保证其能工作到GHz频率范围。
目前市场上可购买的ADC芯片难以满足单片20GSa/s取样率的要求，本设计中采用4片5GSa/s的EV10AQ190[3]交叉采样来实现。
每路ADC都单独需要一路2.5GHz高速、高稳采样时钟，传统的晶体振荡器虽然能提供低抖动时钟信号，但是不能工作到GHz以上频率[1]。
为了保证4路ADC在各自2.5GHz取样时钟下有着较高的等效分辨率和输出信噪比，本文在时钟电路设计上采用高稳定度晶体振荡器、集成VCO的低相位噪声锁相环时钟芯片LMX2531、高精度时钟扇出器HMC987LP5E和多阶低通滤波器来实现高频率低抖动的设计要求。
文章最后给出工程应用的测试和分析结果。
时钟抖动的影响及分析时钟抖动对ADC信噪比及转换精度的影响a. 采集时钟抖动对ADC信噪比的影响：取样时钟的抖动能够导致ADC取样与触发时间关系上的错误，如图1所示。
取样时间△t的不确定性，导致幅度的不确定性，即在输入信号幅度上造成错误的取样，因此降低了ADC的信噪比(SNR)。
根据图1表达的取样时间的不确定性，可以得到信噪比模型。
对于给定的时钟抖动量，数据转换器的×如果时钟信号抖动Tj=4ps，输入正弦波频率f=250MHz、幅度为0.5Vpp值，A/D转换器为8bit，对ADC转换的精度影响如下。
*2*3.14A D C转换误差为：3.14×256÷500=1.6LSB计算结果表明，如果采集时钟抖动为4ps，8位ADC的有效分辨率最大将降低为6.4bit左右，能满足本设计要求。
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。
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。
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)) ]，
提升宽带高速adc的sfdr性能的关键技术
电子质量2019年第12期(总第393期)基金项目:装备发展部基金项目(61405180506)作者简介:张帆(1985-)，男，硕士研究生，工程师，研究方向为阵列信号处理。
E-mail：327146624@。
提升宽带高速ADC 的SFDR 性能的关键技术Key Technology to Improve SFDR Performance of Broadband High Speed ADC张帆(中国西南电子技术研究所,四川成都610036)Zhang Fan (Southwest China Electronic Technology Institute,Sichuan Chendu 610036)摘要：深空测控通信中需在大带宽内对多个目标信号同时进行无误码解调，且极端应用场景中大信号与极微弱信号同时存在。
要实现多目标强弱信号全频谱同时采集，要求模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，ADC)的无杂散动态范围(Spurious Free Dynamic Range，SFDR)性能尽可能的高。
提升SFDR 性能需要从系统各个层面进行优化设计，采取关键技术手段，才可达到预期的结果。
该文分析了影响ADC 的SFDR 性能各个因素，并采取频谱规划设计、功率规划设计、电源优化设计、时钟电路优化设计、差分驱动电路优化等综合设计手段，从而实现最佳采样。
关键词：ADC；SFDR；频谱规划；优化中图分类号：TN79+2文献标识码：A文章编号：1003-0107(2019)12-0043-07Abstract:In deep space tt&c communication,it is necessary to demodulate multiple target signals without error in large bandwidth at the same time.The SFDR performance of ADC is required to be as high as possible to achieve the simultaneous acquisition of multi-target strong and weak signals in the full spectrum.To improve SFDR need to optimize the design from all aspects of the system and adopt key technical means to achieve the expected results.In this paper,various factors influencing SFDR of ADC are analyzed,and spectrum planning design,power planning design,power supply optimization design,clock circuit optimization design,differential drive circuit optimization and other comprehensive design means are adopted to achieve the best sampling.Key words:ADC;SFDR;Spectrum planning;optimizing CLC number:TN79+2Document code:AArticle ID ：1003-0107(2019)12-0043-070引言深空测控通信中需要在大带宽内对多个目标信号同时进行无误码解调，且极端应用场景中大信号与极微弱信号同时存在。
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。
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理解时钟抖动对高速ADC的影响
时间：2009-03-06 14:01:55 来源：作者：Derek Redmayne
对高速信号进行高分辨率的数字化处理需审慎选择时钟，才不至于使其影响模数转换器(ADC)的性能。
借助本文，我们将使读者更好地理解时钟抖动问题及其对高速ADC性能的影响。
我们将以凌力尔特(LTC)最新推出的高性能16位、160Msps的ADC LTC2209为例进行说明。
LTC2209具有77.4dB的信噪比(SNR)，100dB 基带无寄生动态范围(SFDR)。
与当今市场上的许多高速ADC一样，LTC2209也使用采样-保持(S&H)电路，该电路本质上是对ADC输入的点取(Snapshot)。
当采样-保持开关闭合后，ADC输入网络被连至采样电容。
在开关打开的那一刻(1/2时钟周期后)，采样电容上的电压被记录并保持。
开关打开时间上的变异被称为孔径不确定性(aperture uncertainty)，或称为抖动，它将产生一个与抖动或输入信号斜率成比例的误差电压。
换句话，输入频率越快、幅值越高，则越易受时钟源的影响。
图1显示的是斜率与抖动的关系。
把时钟描述为“低抖动”已变得几乎毫无意义。
这是因为它对不同的关注者意味不同。
对可编程逻辑供应商来说，30皮秒、甚至50皮秒都可被认为是低抖动的；相反的，根据输入频率的不同，高性能ADC需要的时钟抖动应在1皮秒以内。
除非在频谱的最高端将出现满量程信号，否则与对最高频率成分的简单化处理不同，更精确地来讲，采样后信号的频谱功率分布才是决定性因素。
举个简化的例子，从DC到1MHz的均匀频带功率在1MHz的等值功率时比单频或窄带的灵敏度低6dB。
在任何情况下，都有各种因素会造成抖动，除ADC本身内部的孔径抖动外，还有振荡器、各种频率分割器、时钟缓冲器和由耦合效应引入的任何噪音等其它多种因素。
LTC2209 的内部孔径抖动是70fsec(1fsec=10-15秒)。
就LTC2209和LTC其它高速16位系列ADC所表现出的性能看，在某些采样情况下，0.5皮秒的抖动(大多振荡器供应商所能提供的最高指标)就可对SNR产生明显影响。
决定所需要的抖动性能的不是ADC，而是具体采样情况。
任何在140MHz输入频率下具备77dB SNR的ADC都需要相同的抖动性能，以便不折不扣地实现数据手册上标注的SNR。
就抖动性能来说，决定性因素是输入频率而非时钟频率。
就LTC2209 来说，带10皮秒抖动的时钟将在1MHz输入频率仅产生0.7dB的SNR损耗。
在140MHz，SNR将被降低至41.1dB。
图2显示的是作为采样输入频率函数的时钟抖动对LTC2209的SNR的影响，它包括从完美时钟到带100皮秒抖动时钟所逐渐增加的一系列时钟曲线。
在100皮秒，ADC的SNR在输入仅为200kHz时就开始恶化。
时钟抖动对SNR影响的理论极限是：
其中，fin是输入频率、s是以均方根(RMS)秒表示的抖动。
与抖动相关的噪声功率与输入功率(dBFS)成比例。
随着输入电平的增高或降低，与抖动相关的噪声成分也相应改变。
例如，若我们在70MHz IF有-1dBFS的输入信号并用带1皮秒抖动的时钟进行采样，则我们可预期一个68dBFS的SNR。
在-5dBFS，与抖动相关的噪声成分将下降 4dB、达72dBFS。