时钟发生器性能对数据转换器的影响

s误差，单位为秒。

在有些应用中，可能会利用时钟抖动来减少时钟信号的抖动，但这种方法存在显著的缺陷：

Ø 滤波器虽然可能会消除时钟信号的宽带噪声，但窄带噪声却保持不变。.

Ø 滤波器的输出通常是一个类似于正弦波的慢压摆率，会影响时钟信号对时钟路径内部噪声的敏感度。

Ø 滤波器消除了灵活性，无法更改时钟频率以实施多个采样速率架构。

一种更实际的办法是用一个拥有快压摆率和高输出驱动能力的低噪声时钟驱动器来最大化时钟信号的斜率。这种方法可以优化性能，原因如下：

Ø 消除时钟滤波器之后可以降低设计的复杂性，减少组件数量。

Ø 快速上升时间会抑制ADC时钟路径内部的噪声。

Ø 窄带和宽带噪声都可以通过选择最佳时钟源来优化。

Ø 可编程时钟发生器可实现不同的采样速率，因而可以增加解决方案对不同应用的适应能力。

超低时钟噪底至关重要。远远偏离载波的时钟抖动噪声在ADC中采样，并叠加进ADC数字输出频段中。该频段受奈奎斯特频率限制，后者定义为：

时钟抖动通常由ADC时钟信号的宽带白噪底所主导。虽然ADC的SNR性能取决于多种因素，但时钟信号宽带抖动的影响由下式决定：

如上式所示，与混频器不同，时钟抖动的SNR贡献与ADC模拟输入频率(fIN)成正比。

在驱动ADC时，时钟噪声受时钟驱动器路径中的带宽限制，一般由ADC时钟输入电容主导。宽带时钟噪声会调制较大的输入信号并叠加进ADC输出频谱中。时钟路径的相位噪声会降低输出SNR性能，降幅与输入信号的幅度和频率成比例。最差情况是，在存在小信号的情况下还存在较大的高频信号。

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：

Ø 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。

Ø fIN：满量程无用信号的输入频率，单位为Hz。

Ø TJITTER：ADC时钟的输入抖动，单位为秒。

Ø fBW：所需输出信号的带宽，单位为Hz。

Ø fs：数据转换器的采样速率，单位为Hz。

Ø 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75 dB的500 MSPS数据转换器，则在相当于采样速率一半的带宽中在250 MHz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5 MHz，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5 MHz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。

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

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

图3.ADC SNR与时钟抖动和输入频率的关系。

结论

为时钟生成和数据转换选择正确的组件可使设计师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。正如分析所示，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。HMC1032LP6GE和HMC1034LP6GE 时钟发生器在设计时即已充分考虑了数