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。

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(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。