前言:本文我们介绍下ADC采样时钟的抖动(Jitter)参数对ADC采样的影响,主要介绍以下内容:
- 时钟抖动的构成
- 时钟抖动对ADC SNR的影响
- 如何计算时钟抖动
- 如何优化时钟抖动
高速ADC使用外部输入时钟对模拟输入信号进行采样,如图1所示。图中显示了输入采样时钟抖动示意图。
图1、ADC采样
输入模拟信号的频率越高,由于时钟抖动导致的采样信号幅度变化越大,这点在图2中显示的非常明显。输入信号频率为F2=100MHz时,采样幅度变化如图红色虚线所示,明显大于输入信号F1=10MHz时采样幅度的变化。
图2、时钟抖动对不同频率输入模拟信号的影响
2.采样时钟抖动采样时钟抖动主要由两部分组成:
- 外部输入时钟抖动
- ADC孔径抖动
图3、时钟抖计算公式
时钟沿速率越快,带来的时钟抖动越小,同时也会增加PCB设计难度。
图4、时钟抖动构成
3.时钟抖动对SNR的影响由于时钟抖动对ADC信噪比SNR的影响由图5所示公式计算。在图5中,可以看到时钟抖动对高频模拟输入信号影响更大。
图5、时钟抖动对SNR的影响
ADC噪声下限SNR一般由三部分构成:
- ADC量化噪声
- ADC热噪声
- 抖动衰减
图6、ADC噪声下限计算
4.计算抖动的幅度时钟抖动通过对时钟信号的相位噪声进行积分运算得到。典型的计算应用要求如图7所示。
图7、典型的时钟抖动计算要求
积分上限一般由以下因素限制:
- 时钟滤波器带宽
- ADC时钟输入带宽
- ADC采样速率
图8、时钟频率偏移对应的抖动值
5.SRN在频率的影响在采样过程中,时钟信号相位噪声被加到输入信号中。输入信号频率越高,相位噪声幅度越大,越大的相位噪声会导致越大的ADC噪声下限恶化,降低ADC有效分辨率。
图9、相位噪声在频率的频谱图
6.为什么时钟抖动/相位噪声如此关键典型的接收机在“阻塞条件”下的性能包括两个方面:
一是,接收机需要在噪声背景下检测出想要的小信号
二是,在带内有大的干扰无法滤除,此干扰会影响小信号检测
图10、时钟抖动增强带内干扰影响
7.如何优化时钟抖动性能为了使给定ADC的信噪比性能最大化,系统设计者可以采取几个步骤:
- 使用低抖动/相位噪声时钟源
- 使用低插入损耗的带通滤波器限制宽带噪声衰减
- 确保时钟振幅足够且不会降低ADC孔径抖动