解析在PCB設計中采用時間交替超高速模數轉換器

數字交替方法

模擬校準是實現高動態范圍、高整體集成解決方案的行之有效的方法，其集成的時鐘相位、增益和偏移調整功能可提供高精確度。

模擬校準的可行替代方法是用于交替數據的數字校正算法。此方法尋求在數字域校正數據轉換器失配，而不需要任何模擬偏移、增益或相位校正。理論上，這些算法可獨立工作，不需要實現校準或了解輸入信號。此外，數字偏移、增益和相位校正因素的匯合時間也是關鍵系統指標。

SP Devices公司開發的算法經過驗證是符合這些條件的一種數字后處理方法。SP Devices的ADX技術持續提供模數轉換器的增益、偏移和時間偏差誤差的后臺估計值，而不需要任何特殊校準信號或后期微調。此算法對于校正靜態和動態失配誤差很有效。

ADX技術估計誤差，并使用抑制的全部失配誤差重新構建信號。IP-core的誤差校正算法對于任何輸入信號類型均有效。該數字信號處理的結果超出ADX核心的時間交替頻譜，并消除了與失配相關的明顯交替失真雜散信號。

配備兩個ADC0830003GSPS、8位模數轉換器的美國國家半導體參考板展示了SP Devices的算法。數據轉換器使用板上FPGA中內嵌的ADX技術實現交替。圖3為7GSPS數字化卡的框圖。

圖3：含LMX2531和LMH6554的ADQ108系統框圖。

圖4是SPDevicesADQ108數據采集卡的輸出頻譜性能圖。值得注意的是雜散峰值部分是由于諧波失真所致，交替雜散信號已大幅減少。

圖4：采用ADX技術的模數轉換器組合頻譜。

超高速模數轉換器支持電路

為了實現使用ADC083000等數據轉換器可達到的高級性能，需要確保支持電路具有與數據轉換器本身相匹配的性能。支持電路的關鍵要素包括：

1）高性能、低抖動時鐘源。

2）用于驅動模數轉換器輸入的高線性、低噪聲放大器或平衡/不平衡變換器。

建議使用LMX2531或LMX2541時鐘同步器生成低抖動模數轉換器時鐘信號，使用LMH6554驅動模數轉換器模擬輸入。

LMX2531集成了鎖相環（PLL）和VCO，并提供優于-160dBc/Hz的噪聲底。可提供多種版本芯片接納553MHz至2790MHz的不同頻帶。

為了實現更好的高輸入頻率SNR性能，建議使用較低相位噪聲LMX2541作為適合的時鐘源。LMX2541在2.1GHz具有小于2毫弧度角（mrad）均方根的噪聲，在3.5GHz具有小于3.5mrad均方根的噪聲。LMX2541的鎖相環具有-225dBc/Hz的校正噪聲底，能在整數和分數模式中以最高104MHz相位檢測速率（比較頻率）工作。

LMH6554是業界最高性能的差分放大器。LMH6554的低阻抗差分輸出可用于驅動模數轉換器輸入和任何中間濾波級。這種寬頻全差分放大器可驅動8位至16位高速模數轉換器，在800MHz以下具有0.1dB增益平坦度，在250MH時具有72dBcSFDR，并具有0.9nV/sqrtHz低輸入電壓噪聲性能。

LMH6554在75MHz以下具有16位線性度，可驅動2V峰-峰電壓至最低200歐姆負荷。LMH6554通過外部增益設置電阻器和集成共模反饋，可使用差分-差分或單端-差分配置。放大器提供最高1.8GHz的大信號帶寬，8dB噪聲和6200V/μs轉換速率。

圖5顯示使用上述支持元件的典型應用框圖。

圖5：典型系統框圖。

總結

本文闡述了交替高速模數轉換器的難點和解決這些問題的幾種方法。由于交替技術、低抖動時鐘源和高性能放大器的進步，現在可以實現保持超過6GSPS的優異動態性能。