时域时钟抖动分析（一）

相位噪声整合抖动结果都极为不同，而“表 1”的 SNR 测量情况也反映这种现象。

图 7 近区相位噪声决定主容器附近 FFT 容器的振幅

设置正确的整合上限

图 6 所示相位噪声图抖动贡献量为 ~360 fs，其频率偏移为 10 到 100MHz 之间。这比 100Hz 到 10MHz 之间偏移的所有 ~194 fs 抖动贡献值要大得多。因此，所选整合上限可极大地影响计算得到的时钟抖动，以及预计SNR匹配实际测量的好坏程度。

要确定正确的限制，您必须记住采样过程中非常重要的事情是：来自其他尼奎斯特区域的时钟信号伪带内噪声和杂散，正如其出现在输入信号时表现的那样。因此，如果时钟输入的相位噪声不受频带限制，同时没有高频规律性衰减，则整合上限由变压器（如果使用的话）带宽和 ADC 自身的时钟输入设定。一些情况下，时钟输入带宽可以非常大；例如，ADS54RF63 具有 ~2 GHz 的时钟输入带宽，旨在允许高时钟转换速率的高阶谐波。

若想要验证时钟相位噪声是否需要整合至时钟输入带宽，则需建立另一个实验。ADS54RF63 再次工作在 122.88 MSPS，其输入信号为 1GHz，以确保 SNR 抖动得到控制。我们利用一个 RF 放大器，生成 50MHz 到 1GHz 的宽带白噪声，并将其添加至采样时钟，如图 9 所示。之后，我们使用几个不同低通滤波器 (LPF) 来限制添加至时钟信号的噪声量。

ADS54RF63 的时钟输入带宽为 ~2 GHz，但由于 RF 放大器和变压器都具有 ~1 GHz 的 3-dB带宽，因此有效 3-dB 时钟输入带宽被降低至 ~500 MHz。“表 2”所示测得 SNR 结果证实，就本装置而言，实际时钟输入带宽约为 500MHz。图 10 所示 FFT 对比图进一步证实了 RF 放大器的宽带噪声限制了噪声层，并降低了 SNR。

该实验表明，时钟相位噪声必需非常低或者带宽有限，较为理想的情况是通过一个很窄的带通滤波器。否则，由系统时钟带宽设定的整合上限会极大降低 ADC 的 SNR。

仔细观察某个采样点，可以看到计时不准（时钟抖动或时钟相位噪声）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，固定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）。另外，图 2 表明时钟信号自身转换速率对采样时间的变化产生了影响。转换速率决定了时钟信号通过零交叉点的快慢。换句话说，转换速率直接影响 ADC 中时钟电路的触发阈值。

图 2 时钟抖动形成更多快速输入信号振幅误差

如果 ADC 的内部时钟缓冲器上存在固定数量的热噪声，则转换速率也转换为计时不准，从而降低了 ADC 的固有窗口抖动。如图 3 所示，窗口抖动与时钟抖动（相位噪声）没有一点关系，但是这两种抖动分量在采样时间组合在一起。

图 3 还表明窗口抖动随转换速率降低而增加。转换速率一般直接取决于时钟振幅。

时钟抖动导致的 SNR 减弱

有几个因素会限制 ADC 的 SNR，例如：量化噪声（管线式转换器中一般不明显）、热噪声（其在低输入频率下限制 SNR），以及时钟抖动（SNRJitter）（请参见下面方程式 1）。SNRJitter 部分受到输入频率 fIN（取决于 Nyquist 区域）的限制，同时受总时钟抖动量 tJitter 的限制，其计算方法如下：