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选择时钟发生器不够慎重?两大指标影响巨大(二)

2020.9.29
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

在现代无线电通信系统中,情况经常是,输入端存在多个载波信号,然后在 DSP 中对各目标信号进行过滤,以匹配信号带宽。在许多情况下,处于一个频率的较大的无用信号会与时钟噪声混合,结果会降低 ADC 通带中其他频率下的可用 SNR。在这种情况下,目标 SNR 为所需信号带宽中的 SNR。另外,上面的 SNRJITTER 值实际上是相对于最大信号(通常是一个无用信号或阻塞信号)的幅度的。

所需目标信号频段中的输出噪声取决于:

a. 在给定输入频率下,计算时钟噪声和较大无用信号条件下 ADC 性能的降幅;例如,计算 ADC 全带宽中的 SNR。

b. 用所需信号带宽与数据转换器全带宽之比计算所需信号带宽中的 SNR。

c. 基于无用信号在满量程以下的幅度增大该值。

步骤 b 的结果只是为了按以下方式修正前面所示的 SNR 等式:

● SNRJITTER:在存在频率为 fin 的大信号且采样速率为 fs 的条件下,时钟抖动在带宽 fBW 中的 SNR 贡献。

● fIN:满量程无用信号的输入频率,单位为 Hz。

● TJITTER:ADC 时钟的输入抖动,单位为秒。

● fBW:所需输出信号的带宽,单位为 Hz。

● fs:数据转换器的采样速率,单位为 Hz。

● SNRDC:数据转换器在直流输入条件下的 SNR,单位为 dB

最后,在存在满量程阻塞信号的条件下,目标信号频段中的最大可用 SNR 只是抖动与直流贡献噪声功率之和。

例如,对于 ENOB 为 12.5 位(直流)或者 SNR 为 75dB 的 500MSPS 数据转换器,则在相当于采样速率一半的带宽中在 250MHz 的频率下进行评估。如果目标信号的带宽为 5 MHz,则在接近直流时的可能 SNR (带宽为 5MHz,时钟完美)为 75+10×log10 (250/5) =92 dB。

然而,ADC 时钟并不完美;根据图 3 所示,在 5MHz 所需信号带宽中的性能下降效应为 x 轴频率下大无用信号输入的函数。随着抖动的增加,无用信号的影响变得更加严重,随着输入频率的增加,情况同样如此。如果无用信号的幅度下降,可用 SNR 将按比例增加。

图 3.ADC SNR 与时钟抖动和输入频率的关系

例如,如果在 200MHz 输入下对一个满量程 5MHz 无用 W-CDMA 信号进行采样,采用一个高质量的 500MHz 时钟(如 HMC1034LP6GE),且运行于整数模式下时抖动为 70 fs,则附近 5MHz 通道中的 SNR 约为 91dB。相反,如果时钟抖动降至 500fs,则同一数据转换器和信号只会表现出 81dB 的 SNR,相当于性能下降 10dB。

在 400MHz 下把同一信号输入数据转换器,70fs 的时钟会产生 88dB 的 SNR。类似地,在 500fs 的时钟下,SNR 值会降至仅 75dB。

综上所述,为时钟生成和数据转换选择正确的组件可使您从给定架构中获得最佳的性能。在选择时钟发生器时要考虑的重要标准有相位抖动和相位噪底,它们会影响被驱动的数据转换器的 SNR。对于选定的时钟发生器,其低相位噪底和低积分相位抖动特性有助于最小化多载波应用中 SNR 性能在较高 ADC 输入频率下的降幅。


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