交錯(cuò)式ADC的基礎(chǔ)知識(shí)

　　作者：ADI美國(guó)工程師 Jonathan Harris

　　在目前很多細(xì)分市場(chǎng)上，除了JESD204B標(biāo)準(zhǔn)定義外，還需多少額外帶寬？對(duì)于這個(gè)問題，更為復(fù)雜的答案始終圍繞著交錯(cuò)式ADC展開。若ADC為交錯(cuò)式，則兩個(gè)或兩個(gè)以上具有定義時(shí)鐘關(guān)系的ADC用來同步采樣輸入信號(hào)，并產(chǎn)生組合輸出信號(hào)，使得采樣帶寬為單個(gè)ADC帶寬的數(shù)倍。

　　交錯(cuò)式ADC無疑是推動(dòng)接口實(shí)現(xiàn)更高效率的因素之一，能為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供多種優(yōu)勢(shì)。然而，隨著轉(zhuǎn)換器帶寬的增加，需在FPGA或ASIC中處理的數(shù)據(jù)量也變得非常龐大。必須找到一種有效的方法，處理來自轉(zhuǎn)換器的那么多數(shù)據(jù)。若采樣速率達(dá)到千兆樣本級(jí)別，那么在轉(zhuǎn)換器中繼續(xù)使用LVDS接口將是非常不實(shí)際的。因此，JESD204B是將大量數(shù)據(jù)從轉(zhuǎn)換器傳輸至FPGA或ASIC的有效途徑。

　　交錯(cuò)式ADC具有十分廣闊的應(yīng)用空間。在通信基礎(chǔ)設(shè)施中，存在著一種推動(dòng)因素，使ADC的采樣速率不斷提高，以便在諸如DPD（數(shù)字預(yù)失真）等線性化技術(shù)中支持多頻段、多載波無線電，同時(shí)滿足更寬的帶寬要求。 在軍事和航空航天領(lǐng)域，采樣速率更高的ADC可讓多功能系統(tǒng)用于通信、電子監(jiān)控和雷達(dá)等多種應(yīng)用中。工業(yè)儀器儀表應(yīng)用中始終需求采樣速率更高的ADC，以便精確測(cè)量速度更高的信號(hào)。

　　首先，工程師需要對(duì)交錯(cuò)式ADC有一定的了解。利用m個(gè)ADC可讓有效采樣速率增加m倍。為簡(jiǎn)便起見并易于理解，在本文中重點(diǎn)考察兩個(gè)ADC的情況。這種情況下，如果兩個(gè)ADC的每一個(gè)采樣速率均為fS且呈交錯(cuò)式，則最終采樣速率為2fS。這兩個(gè)ADC必須具有時(shí)鐘相位關(guān)系，才能正確交錯(cuò)。時(shí)鐘相位關(guān)系由等式1給出，其中：n是某個(gè)特定的ADC，m是ADC總數(shù)。

　　舉例而言，兩個(gè)ADC采樣速率均為250MSPS且呈交錯(cuò)式，因此采樣速率為500MSPS。此時(shí)，等式1可用來推導(dǎo)出兩個(gè)ADC的時(shí)鐘相位關(guān)系，如等式2和等式3。

　　弧度 =

　　注意，如果已知時(shí)鐘相位關(guān)系，便可檢查樣本結(jié)構(gòu)。圖1以圖形說明時(shí)鐘相位關(guān)系，以及兩個(gè)250MSPS交錯(cuò)式ADC的樣本結(jié)構(gòu)。

　　圖1 兩個(gè)交錯(cuò)式250MSPS ADC – 基本原理圖

　　注意180°時(shí)鐘相位關(guān)系，以及樣本是如何交錯(cuò)的。輸入波形也可由兩個(gè)ADC進(jìn)行采樣。此時(shí)，采用經(jīng)過2分頻的500MHz時(shí)鐘輸入，便可實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)。分頻器負(fù)責(zé)將所需的時(shí)鐘相位發(fā)送至每一個(gè)ADC。

　　此概念還可以另一種方式表達(dá)，如圖2所示。

　　圖2 兩個(gè)交錯(cuò)式ADC – 時(shí)鐘與采樣

　　通過將這兩個(gè)250MSPS ADC以交錯(cuò)方式組合，采樣速率便能增加至500MSPS。這樣可以使轉(zhuǎn)換器的奈奎斯特區(qū)從125MHz擴(kuò)展到250MHz，從而工作時(shí)的可用帶寬倍增。工作帶寬的增加可以帶來很多好處。無線電系統(tǒng)可以增加其支持的頻段數(shù)；雷達(dá)系統(tǒng)可以增加空間分辨率；而測(cè)量設(shè)備可以具有更高的模擬輸入帶寬。