為您的轉(zhuǎn)換器選擇正確的時(shí)鐘(1)

　　孔徑延遲的重要性有許多原因，主要是由于時(shí)鐘和模擬信號(hào)具有某種形式的同步，而且與其他信號(hào)的關(guān)系也很重要。在同步信號(hào)時(shí)，意外的時(shí)間延遲會(huì)導(dǎo)致數(shù)字和模擬信號(hào)不能按預(yù)期再現(xiàn)，如以下兩個(gè)應(yīng)用所示。

　　在第一個(gè)示例中，以兩種不同時(shí)鐘對(duì)瞬態(tài)事件進(jìn)行采樣，并比較所得結(jié)果。一組樣本中，信號(hào)是在預(yù)期時(shí)間上采樣。另一組中，采樣提早半個(gè)時(shí)鐘周期，即AD是時(shí)鐘周期的-0.5。雖然信號(hào)得以精確采樣，可以看到，當(dāng)樣本彼此堆疊時(shí)，得到的數(shù)字信號(hào)不同。在ADC應(yīng)用中這可能很重要，容許時(shí)序誤差與模擬輸入的最大壓擺率及容許誤差相關(guān)，如以下公式所示： 

　　試舉一例，考慮2.048V范圍的8位ADC，將同步瞬態(tài)事件與63 V/μs的最大壓擺率進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換。如果所需精度為1 LSB (0.008 mV)，則孔徑延遲必須小于127 ps!

　　圖2眼圖顯示的是孔徑延遲的另一示例。眼圖在通信信號(hào)內(nèi)產(chǎn)生，通常與復(fù)雜波形相關(guān)(例如假想信號(hào)I和Q)。其目的是對(duì)開放程度最大的眼部中心內(nèi)的眼圖進(jìn)行取樣。如果采樣過早或過遲，眼部部分閉合且采樣信號(hào)較小，出現(xiàn)誤差的概率較高。大多數(shù)通信系統(tǒng)能夠?qū)ο到y(tǒng)重新定時(shí)，確保實(shí)現(xiàn)最佳采樣，但必須具有足夠的余量來涵蓋信號(hào)鏈內(nèi)的預(yù)計(jì)延遲。

　　除轉(zhuǎn)換器AD外，其他考慮因素包含PCB(印制電路板)材料和時(shí)鐘布局。典型PCB布局可能以每英寸150~200 ps的延遲傳播時(shí)鐘信號(hào)(假定使用標(biāo)準(zhǔn)FR4材料和50Ω走線)。因此，即使是小型PCB走線，也可增加預(yù)期時(shí)鐘延遲。如果孔徑延遲對(duì)您的應(yīng)用很重要，則應(yīng)注意讓時(shí)鐘長(zhǎng)度彼此匹配，并確保時(shí)鐘和模擬長(zhǎng)度也彼此匹配。設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)牟季謶?yīng)提供長(zhǎng)度和幾何形狀均匹配的走線長(zhǎng)度，同時(shí)小心避免大角度和不必要的過孔。當(dāng)路由模擬和時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，通常這些線路具有最高優(yōu)先級(jí)，首先接受路由放置。遵循該原則可獲得最佳性能。有關(guān)路由模擬和時(shí)鐘信號(hào)的細(xì)節(jié)在指導(dǎo)手冊(cè)布局段落中詳細(xì)論述。

　　頻域

　　大多數(shù)系統(tǒng)對(duì)所使用的各種頻率有精度要求。這些要求也適用于類似ADC和DAC這樣的采樣系統(tǒng)。如果提供給這些系統(tǒng)的采樣時(shí)鐘有頻率錯(cuò)誤，則會(huì)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)換后信號(hào)的頻率(及時(shí)間)誤差。例如，如果DAC額定具有500 MSPS時(shí)鐘，產(chǎn)生100 MHz模擬輸出，則時(shí)鐘頻率內(nèi)的任何誤差將直接轉(zhuǎn)化成輸出頻率誤差。如果采樣時(shí)鐘關(guān)閉100 ppm(百萬分率)，則所得模擬輸出也會(huì)關(guān)閉100 ppm。因此在使用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，所選擇的時(shí)鐘精度必須匹配DAC的所得模擬輸出或ADC的模擬輸入。

　　相位域

　　時(shí)鐘內(nèi)的靜態(tài)相位誤差會(huì)呈現(xiàn)與上述孔徑延遲相同的誤差。但在對(duì)信號(hào)相位信息敏感的應(yīng)用中，這一點(diǎn)變得很重要。由于固定時(shí)間延遲在不同頻率下產(chǎn)生不同相位誤差，在相位域內(nèi)，寬帶信號(hào)將在整個(gè)頻譜上呈現(xiàn)線性相移。在相位內(nèi)包含大多數(shù)信息的應(yīng)用中，例如視頻和通信，必須考慮這一由時(shí)間延遲引起的相移。許多系統(tǒng)中，目標(biāo)信號(hào)可分散在5 MHz或更高頻率上。某一路徑上的延遲會(huì)在整個(gè)頻譜上引入頻率相關(guān)相位延遲。

　　幸運(yùn)的是，該延遲是線性相位延遲，可以用多種方式進(jìn)行校正。不過，必須了解時(shí)鐘或模擬路徑內(nèi)的延遲是如何導(dǎo)致額外相位變化的。時(shí)鐘和模擬路徑之間的差分延遲會(huì)隨頻率變化產(chǎn)生相位誤差，計(jì)算公式如下：

　　如上所示，這是與頻率成函數(shù)關(guān)系的線性延遲。通常，線性相位延遲無需擔(dān)心，除非有多條路徑正在進(jìn)行匹配，如相控陣或MIMO(多輸入多輸出)系統(tǒng)。即便如此，只要路徑間的誤差相互匹配，也不會(huì)造成問題。當(dāng)延遲以非線性方式隨頻率變化時(shí)，問題就出現(xiàn)了。群延遲是衡量不同頻率的信號(hào)在給定路徑中的傳播速率的指標(biāo)。由于延遲變化，相移不同于線性相位，難以進(jìn)行校正。群延遲通常更多地與濾波器路徑而不是系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)，因此不在本文討論范圍之內(nèi)。