在PCB级采用时间交替超高速模数转换器

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数字输出的同步化

从两个模数转换器输出的数据流同步化对于实现优异采样速度和带宽组合至关重要。也就是说，如果各转换器间未实现输出同步，就无法采集有意义的数据。千兆采样率模数转换器可多路分离输出数据，以降低数字输出数据传输率。用户可以选择使数据传输率分离为1/2或1/4，这取决于采用的FPGA技术的处理能力。

输出采集时钟(DCLK)也被分离，可在SDR或DDR模式中配置。但是，多路分离带来新的考量问题，因为现在增加了输入采样时钟和各模数转换器DCLK输出之间的协调不确定性。为了克服这个问题，ADC083000可以精确复位采样时钟输入与DCLK输出的关系，这由用户提供的DCLK_RST脉冲确定。这允许一个系统中采用多个模数转换器，使其DCLK（和数据）输出在与采样共享输入时钟相同的时间点跃迁，从而实现多个模数转换器之间的同步。

数字交替方法

模拟校准是实现高动态范围、高整体集成解决方案的行之有效的方法，其集成的时钟相位、增益和偏移调整功能可提供高精确度。

模拟校准的可行替代方法是用于交替数据的数字校正算法。此方法寻求在数字域校正数据转换器失配，而不需要任何模拟偏移、增益或相位校正。理论上，这些算法可独立工作，不需要实现校准或了解输入信号。此外，数字偏移、增益和相位校正因素的汇合时间也是关键系统指标。

SP Devices公司开发的算法经过验证是符合这些条件的一种数字后处理方法。SP Devices的ADX技术持续提供模数转换器的增益、偏移和时间偏差误差的后台估计值，而不需要任何特殊校准信号或后期微调。此算法对于校正静态和动态失配误差很有效。

ADX技术估计误差，并使用抑制的全部失配误差重新构建信号。IP-core的误差校正算法对于任何输入信号类型均有效。该数字信号处理的结果超出ADX核心的时间交替频谱，并消除了与失配相关的明显交替失真杂散信号。

配备两个ADC0830003GSPS、8位模数转换器的美国国家半导体参考板展示了SP Devices的算法。数据转换器使用板上FPGA中内嵌的ADX技术实现交替。图3为7GSPS数字化卡的框图。

图3：含LMX2531和LMH6554的ADQ108系统框图。

图4是SPDevicesADQ108数据采集卡的输出频谱性能图。值得注意的是杂散峰值部分是由于谐波失真所致，交替杂散信号已大幅减少。关于数据采集卡的其他详细信息，请参见：http://spdevices.com/index.php/adq108。

图4：采用ADX技术的模数转换器组合频谱。

超高速模数转换器支持电路

为了实现使用ADC083000等数据转换器可达到的高级性能，需要确保支持电路具有与数据转换器本身相匹配的性能。支持电路的关键要素包括：

1) 高性能、低抖动时钟源。

2) 用于驱动模数转换器输入的高线性、低噪声放大器或平衡/不平衡变换器。

建议使用LMX2531或LMX2541时钟同步器生成低抖动模数转换器时钟信号，使用LMH6554驱动模数转换器模拟输入。

LMX2531集成了锁相环(PLL)和VCO，并提供优于-160dBc/Hz的噪声底。可提供多种版本芯片接纳553MHz至2790MHz的不同频带。

为了实现更好的高输入频率SNR性能，建议使用较低相位噪声LMX2541作为适合的时钟源。LMX2541在2.1GHz具有小于2毫弧度角(mrad)均方根的噪声，在3.5GHz具有小于3.5mrad均方根的噪声。LMX2541的锁相环具有-225dBc/Hz的校正噪声底，能在整数和分数模式中以最高104MHz相位检测速率（比较频率）工作。

LMH6554是业界最高性能的差分放大器。LMH6554的低阻抗差分输出可用于驱动模数转换器输入和任何中间滤波级。这种宽频全差分放大器可驱动8位至16位高速模数转换器，在800MHz以下具有0.1dB增益平坦度，在250MH时具有72dBcSFDR，并具有0.9nV/sqrtHz低输入电压噪声性能。

LMH6554在75MHz以下具有16位线性度，可驱动2V峰-峰电压至最低200欧姆负荷。LMH6554通过外部增益设置电阻器和集成共模反馈，可使用差分-差分或单端-差分配置。放大器提供最高1.8GHz的大信号带宽，8dB噪声和6200V/μs转换速率。

图5显示使用上述支持元件的典型应用框图。

图5：典型系统框图。

总结

本文阐述了交替高速模数转换器的难点和解决这些问题的几种方法。由于交替技术、低抖动时钟源和高性能放大器的进步，现在可以实现保持超过6GSPS的优异动态性能。

作者：Paul McCormack

高级应用工程师

美国国家半导体

发布者：博子

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