選擇時鐘發生器不夠慎重?兩大指標影響巨大

2020-12-13 OFweek維科網

在現代無線電通信系統中，情況經常是，輸入端存在多個載波信號，然後在 DSP 中對各目標信號進行過濾，以匹配信號帶寬。在許多情況下，處於一個頻率的較大的無用信號會與時鐘噪聲混合，結果會降低 ADC 通帶中其他頻率下的可用 SNR。在這種情況下，目標 SNR 為所需信號帶寬中的 SNR。另外，上面的 SNRJITTER 值實際上是相對於最大信號（通常是一個無用信號或阻塞信號）的幅度的。

所需目標信號頻段中的輸出噪聲取決於：

a． 在給定輸入頻率下，計算時鐘噪聲和較大無用信號條件下 ADC 性能的降幅；例如，計算 ADC 全帶寬中的 SNR。

b． 用所需信號帶寬與數據轉換器全帶寬之比計算所需信號帶寬中的 SNR。

c． 基於無用信號在滿量程以下的幅度增大該值。

步驟 b 的結果只是為了按以下方式修正前面所示的 SNR 等式：

● SNRJITTER：在存在頻率為 fin 的大信號且採樣速率為 fs 的條件下，時鐘抖動在帶寬 fBW 中的 SNR 貢獻。

● fIN：滿量程無用信號的輸入頻率，單位為 Hz。

● TJITTER：ADC 時鐘的輸入抖動，單位為秒。

● fBW：所需輸出信號的帶寬，單位為 Hz。

● fs：數據轉換器的採樣速率，單位為 Hz。

● SNRDC：數據轉換器在直流輸入條件下的 SNR，單位為 dB

最後，在存在滿量程阻塞信號的條件下，目標信號頻段中的最大可用 SNR 只是抖動與直流貢獻噪聲功率之和。

例如，對於 ENOB 為 12．5 位（直流）或者 SNR 為 75dB 的 500MSPS 數據轉換器，則在相當於採樣速率一半的帶寬中在 250MHz 的頻率下進行評估。如果目標信號的帶寬為 5 MHz，則在接近直流時的可能 SNR （帶寬為 5MHz，時鐘完美）為 75＋10×log10 （250／5） ＝92 dB。

然而，ADC 時鐘並不完美；根據圖 3 所示，在 5MHz 所需信號帶寬中的性能下降效應為 x 軸頻率下大無用信號輸入的函數。隨著抖動的增加，無用信號的影響變得更加嚴重，隨著輸入頻率的增加，情況同樣如此。如果無用信號的幅度下降，可用 SNR 將按比例增加。

圖 3．ADC SNR 與時鐘抖動和輸入頻率的關係

例如，如果在 200MHz 輸入下對一個滿量程 5MHz 無用 W－CDMA 信號進行採樣，採用一個高質量的 500MHz 時鐘（如 HMC1034LP6GE），且運行於整數模式下時抖動為 70 fs，則附近 5MHz 通道中的 SNR 約為 91dB。相反，如果時鐘抖動降至 500fs，則同一數據轉換器和信號只會表現出 81dB 的 SNR，相當於性能下降 10dB。

在 400MHz 下把同一信號輸入數據轉換器，70fs 的時鐘會產生 88dB 的 SNR。類似地，在 500fs 的時鐘下，SNR 值會降至僅 75dB。

綜上所述，為時鐘生成和數據轉換選擇正確的組件可使您從給定架構中獲得最佳的性能。在選擇時鐘發生器時要考慮的重要標準有相位抖動和相位噪底，它們會影響被驅動的數據轉換器的 SNR。對於選定的時鐘發生器，其低相位噪底和低積分相位抖動特性有助於最小化多載波應用中 SNR 性能在較高 ADC 輸入頻率下的降幅。

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