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技術(shù)專題
交錯(cuò)ADC的ABC
跨越當(dāng)今市場的許多領(lǐng)域，交織的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ ADC的）有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)在許多應(yīng)用。在通信基礎(chǔ)設(shè)施中，除了數(shù)字預(yù)失真（ DPD ）等線性化技術(shù)對帶寬的要求更高之外，一直在不斷尋求更高采樣率的ADC以支持多頻帶，多載波無線電。在軍事和航空航天中，較高采樣率的ADC允許用于通信，電子監(jiān)視和雷達(dá)的多功能系統(tǒng)，僅舉幾例。在工業(yè)儀器中 對更高采樣率ADC的需求不斷增長，因此可以更充分，更 準(zhǔn)確地測量更高速度的信號(hào)。
它'小號(hào) 第一 重要的 ，以 了解 究竟 是什么 交錯(cuò) 的ADC 是 什么。為了更好地理解，最好查看實(shí)際發(fā)生的情況及其實(shí)現(xiàn)方式。然后，我們可以探討交織的好處。當(dāng)然，正如許多人所知，沒有免費(fèi)的午餐之類的東西，所以需要評估和評估交錯(cuò)的挑戰(zhàn)。
關(guān)于交錯(cuò)
當(dāng)ADC被交錯(cuò)，兩個(gè)或更多的ADC，以及一個(gè)限定的計(jì)時(shí)關(guān)系 被 用于 以 同時(shí) 取樣 的 輸入 信號(hào) 和 產(chǎn)生 一個(gè)組合的輸出信號(hào)的結(jié)果在采樣帶寬在一些多個(gè)單個(gè)ADC的。利用m 個(gè)ADC可以將有效采樣率提高m倍。
為了簡單和易于理解，我們將重點(diǎn)介紹兩個(gè)ADC的情況。如果兩個(gè)ADC的采樣率分別為fS交錯(cuò)，則最終的采樣率僅為2×f s。這兩個(gè)ADC必須具有時(shí)鐘相位關(guān)系，以使交織正常工作。時(shí)鐘相位關(guān)系由公式1決定，其中n 是特定的ADC，m 是ADC 的總數(shù)：
作為一個(gè)例子， 2級的ADC，每個(gè)具有一個(gè)采樣率 100的MSPS，被交織 到 達(dá)到 一個(gè) 樣品 率 的 200 MSPS。 在 此 情況下， 等式 1可被用于導(dǎo)出兩個(gè)ADC，其中時(shí)鐘的相位關(guān)系是由公式2和公式3給出：
現(xiàn)在 認(rèn)為 的 時(shí)鐘-相 關(guān)系 是 已知的， 該 構(gòu)造 的 樣品可以被檢查。圖1提供時(shí)鐘的相位關(guān)系的視覺表示 和 所述 樣本 結(jié)構(gòu) 的 2 100 MSPS 交錯(cuò) 的ADC。請注意180° 的時(shí)鐘的相位關(guān)系和如何樣品被交錯(cuò)。輸入波形也可以由兩個(gè)ADC采樣。在這種情況下，交織被執(zhí)行通過使用一個(gè)200MHz的時(shí)鐘輸入端，” ? 劃分通過 一個(gè) 因子 的 2 和 的 所需 相位 的 所述 時(shí)鐘 到 每個(gè) ADC。
1.兩個(gè)交錯(cuò)的100 MSPS ADC —基本圖。
的另一種表示這種概念被示出在圖 2。通過交錯(cuò)這些 2級100- MSPS的ADC，該采樣率被增加至200 MSPS。這 將 每個(gè) 奈奎斯 特區(qū) 從 50 MHz 擴(kuò)展 到 100 MHz，從而使工作帶寬 增加 了一倍 。增加的工作帶寬帶來了 許多 優(yōu)勢 ，以 應(yīng)用 跨越 多個(gè)市場 段。 無線電系統(tǒng)可以增加支持頻帶的數(shù)量，雷達(dá)系統(tǒng)可以提高 空間 分辨率， 并且 測量 設(shè)備 可以 實(shí)現(xiàn) 更大的模擬輸入 帶寬。
2.兩個(gè)交錯(cuò)的100 MSPS ADC —時(shí)鐘和采樣
交錯(cuò)的好處
在 利益 的 交織 跨度 跨越 了一系列的市場 細(xì)分。 的最期望的有益效果是增加的帶寬成為可能由交織ADC的更寬的奈奎斯特區(qū)。再一次，使用示例 2級的100- MSPS的ADC交織到創(chuàng)建一個(gè)采樣率的 200 MSPS，圖3給出了一個(gè)表示的所述多更寬通過交錯(cuò)兩個(gè)ADC允許帶寬。這為許多不同的應(yīng)用創(chuàng)造了優(yōu)勢。
3.兩個(gè)交錯(cuò)的ADC-奈奎斯特區(qū)。
隨著蜂窩標(biāo)準(zhǔn)增加信道帶寬和工作頻帶數(shù)量，對ADC中的可用帶寬提出了更高的要求。此外，對于軍事應(yīng)用而言，對更好的空間識(shí)別的要求以及后端通信中通道帶寬的增加要求ADC擁有更高的帶寬。
由于在這些區(qū)域需要更多的帶寬，因此精確測量這些信號(hào)變得更加關(guān)鍵。因此，測量設(shè)備需要更高的帶寬才能正確獲取和測量這些更高帶寬的信號(hào)。許多設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)要求本質(zhì)上都領(lǐng)先于商用ADC技術(shù)。交織使得彌合這一差距成為可能。
增加的采樣率提供了這些應(yīng)用程序的更多的帶寬，但 也 允許 對于 更容易 頻率 規(guī)劃 和 減少 的 的是通常在ADC輸入中使用的抗混疊濾波器的復(fù)雜性和成本。隨著 所有的這些 好處， 一個(gè) 具有 以 奇跡“什么 的 價(jià)格 我要付錢？” 雖然交錯(cuò)的ADC提供更高的 帶寬 和 其他 不錯(cuò)的 收益， 一些 挑戰(zhàn)也在這種實(shí)現(xiàn)進(jìn)入圖片。
交錯(cuò)的挑戰(zhàn)
交錯(cuò)ADC時(shí)要注意的一件事是，在輸出頻譜中出現(xiàn)的雜散是由與交錯(cuò)ADC相關(guān)的缺陷引起的。這些缺陷基本上是兩個(gè)交錯(cuò)的ADC之間的不匹配。四個(gè)基本不匹配導(dǎo)致輸出頻譜中的雜散：偏移不匹配，增益不匹配，時(shí)序不匹配和帶寬不匹配。
偏移失配
在 最簡單 的 這些 來 了解 是 可能 的 偏移 不匹配 的兩個(gè)ADC之間。每個(gè)ADC都有一個(gè)相關(guān)的直流偏移值。當(dāng)所述兩個(gè)ADC被交錯(cuò)和樣品采集替代地，回到來回之間的2級的ADC，所述直流偏移的每個(gè)連續(xù)樣品的變化。
圖4給出了一個(gè)示例，說明每個(gè)ADC如何具有自己的直流偏移，以及交錯(cuò)輸出如何在這兩個(gè)直流偏移值之間有效地來回切換。輸出以f s / 2 的速率在這些偏移值之間切換，這將導(dǎo)致位于fS / 2的輸出頻譜中出現(xiàn)毛刺。因?yàn)椴黄ヅ浔旧聿痪哂械念l率分量和僅在直流，正的頻率出現(xiàn)在輸出頻譜只取決于上的采樣頻率和將總是出現(xiàn)在一個(gè)頻率的?F 小號(hào) / 2。
4.失調(diào)失配：當(dāng)兩個(gè)ADC交錯(cuò)并在它們之間來回交替采樣時(shí)，它會(huì)改變每個(gè)連續(xù)采樣的dc失調(diào)
該 幅度 的 的 骨刺 取決于 該 幅度 的 的ADC之間的偏移不匹配。不匹配越大，雜散越大。為了最大限度地減少了引起骨刺由偏移不匹配，這不是必要的，以完全空直流偏移在每個(gè)ADC。這樣做會(huì)濾除信號(hào)中的任何直流成分。此外，它不會(huì)對工作 系統(tǒng) 使用 一個(gè) 零 IF （ ZIF ）架構(gòu)，其中 的 信號(hào) 的內(nèi)容 是 真實(shí)的和 復(fù)雜的 ，并 包括 數(shù)據(jù) 的 直流。
相反， 一種 更 合適的 技術(shù)是使一個(gè)ADC的偏移與另一個(gè)ADC的偏移匹配。選擇一個(gè)ADC的失調(diào)作為基準(zhǔn)，另一個(gè)ADC的失調(diào)設(shè)置為盡可能接近該值。偏移值匹配得越好， f s / 2 處的雜散越小。
失配
交織時(shí)要考慮的第二個(gè)失配是ADC之間的增益失配。圖5表示兩個(gè)交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器之間的增益失配。在這種情況下，不匹配有一個(gè)頻率成分。為了觀察這種失配，必須有一個(gè)信號(hào)施加到ADC。
5.交錯(cuò)ADC中的增益失配涉及頻率分量。
與偏移失配，沒有信號(hào)要看到的固有直流兩個(gè)ADC的偏移量。對于增益失配，除非存在信號(hào)并且可以測量增益失配，否則無法看到增益失配。的增益失配將導(dǎo)致在的有關(guān)的輸出譜的正 的輸入頻率，如良好的采樣率，以及將出現(xiàn)在 ?F 小號(hào) / 2±?F IN。
為了最小化由增益失配引起的雜散，采用與偏移失配相似的策略。的增益的中的一個(gè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器被選擇作為參考，和增益的所述其他ADC被設(shè)定為增益值盡可能接近地匹配。更好的每個(gè)ADC的增益值被匹配到每個(gè)其它，較少所得正將在輸出光譜。
時(shí)序不匹配
兩個(gè)ADC之間的時(shí)序失配有兩個(gè)組成部分：ADC模擬部分的群延遲和時(shí)鐘偏斜。ADC中的模擬電路具有相關(guān)的組延遲，并且兩個(gè)ADC之間的值可能不同。此外，時(shí)鐘偏移在每個(gè)ADC的孔徑不確定性分量，以及與該時(shí)鐘的精度的分量相即是輸入到每個(gè)轉(zhuǎn)換器。圖 6 顯示了ADC中時(shí)序不匹配的機(jī)制和影響。類似于增益失配骨刺，所述時(shí)序不匹配正也是一個(gè)功能的輸入頻率和采樣率，并以f s / 2±f IN出現(xiàn)。
6.兩個(gè)ADC之間的時(shí)序不匹配包括兩個(gè)部分：ADC模擬部分的群延遲和時(shí)鐘偏斜
為了最大程度地減少雜散，每個(gè)轉(zhuǎn)換器模擬部分的群時(shí)延都需要使用良好的電路設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)匹配。另外，時(shí)鐘路徑設(shè)計(jì)需要緊密匹配以最小化孔徑不確定性差異。最后，必須精確控制時(shí)鐘相位關(guān)系，以使兩個(gè)輸入時(shí)鐘之間的距離盡可能接近180°。與其他不匹配一樣，目標(biāo)是嘗試最小化導(dǎo)致時(shí)序不匹配的機(jī)制。
帶寬不匹配
在過去的這些不匹配的，帶寬錯(cuò)配是可能的最困難，以理解和處理。如所示在圖7，帶寬失配具有增益和相位/頻率分量。這使帶寬失配更加困難，因?yàn)樗瑏碜云渌麅蓚€(gè)失配參數(shù)的分量。然而，在帶寬失配中，我們看到了在不同頻率下的不同增益值。另外，帶寬具有定時(shí)分量，該定時(shí)分量使不同頻率的信號(hào)通過每個(gè)轉(zhuǎn)換器具有不同的延遲。
7.帶寬不匹配具有增益和相位,頻率分量，這使得這種不匹配更難以解決
最小化帶寬失配的最佳方法是擁有良好的電路設(shè)計(jì)和布局實(shí)踐，以最小化ADC之間的帶寬失配。每個(gè)ADC匹配得越好，將進(jìn)一步減少產(chǎn)生的雜散。正如所引起的增益和定時(shí)失配骨刺在輸出頻譜在f 小號(hào) / 2±?F IN中，帶寬不匹配也導(dǎo)致正以相同的 頻率。
在討論了導(dǎo)致ADC交織時(shí)出現(xiàn)問題的四種不同失配之后，它們之間出現(xiàn)了共同點(diǎn)。四個(gè)失配中的三個(gè)會(huì)在輸出頻譜中以f s / 2±f IN產(chǎn)生雜散。偏移失配正可以容易地識(shí)別，因?yàn)樗?dú)自居住 在 ?F 小號(hào) / 2 和 可以 被 補(bǔ)償 相當(dāng)容易。的增益，定時(shí)，和帶寬不匹配所有產(chǎn)生一個(gè)正在?F 小號(hào) / 2±?F IN中的輸出 頻譜，所以問題就變成了如何識(shí)別每個(gè)頻譜的貢獻(xiàn)。圖8給出了一個(gè)快速 的視覺 引導(dǎo) 到 所述 過程 的 標(biāo)識(shí) 的 源 的 所述 雜散 從交織ADC的不同錯(cuò)配。
8.交錯(cuò)不匹配的相關(guān)性質(zhì)
如果僅看增益不匹配，則是低頻或直流不匹配類型。通過在接近dc的低頻下執(zhí)行增益測量，然后在更高的頻率下執(zhí)行增益測量，可以將帶寬不匹配的增益分量與增益不匹配分開。增益不匹配不像帶寬不匹配的增益分量那樣是頻率的函數(shù)。類似的方法用于時(shí)序失配。在接近dc的低頻下執(zhí)行測量，然后在更高的頻率下執(zhí)行后續(xù)測量，以將帶寬不匹配的時(shí)序分量與時(shí)序不匹配分開。