PCB层级中时序交错式超高速ADC解决方案

文章摘要：由SP元件公司所发展的数位後制处理引擎（这也是一套演算法）就能满足上述的这些需求。SP元件公司的自动数据交换（ADX）技术，在不需特殊校正讯号或後期制作整理的条件下，会持续提供类比数位转换器在增益、偏移量与时间偏移错误的估算。而这种演算法已经应用於修正静态与动态上不匹配错误的问题。ADX技术能估算错误并依据所有不匹配错误来重建讯号。IP核心的错误校正演算法，能在不限输入讯号型式的前提下有效的执行。数位讯号处理的结果为ADX核心之外的时序交错频谱在与交错失真突波相关处不会出现明显的不匹配错误。美国国家半导体公司在最近推出了一张配备两个ADC083000具备3GSPS的8位元类比数位转换器公板，并

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　　由SP元件公司所发展的数位後制处理引擎（这也是一套演算法）就能满足上述的这些需求。SP元件公司的自动数据交换（ADX）技术，在不需特殊校正讯号或後期制作整理的条件下，会持续提供类比数位转换器在增益、偏移量与时间偏移错误的估算。而这种演算法已经应用於修正静态与动态上不匹配错误的问题。

　　ADX技术能估算错误并依据所有不匹配错误来重建讯号。IP核心的错误校正演算法，能在不限输入讯号型式的前提下有效的执行。数位讯号处理的结果为ADX核心之外的时序交错频谱在与交错失真突波相关处不会出现明显的不匹配错误。

　　美国国家半导体公司在最近推出了一张配备两个ADC083000具备3GSPS的8位元类比数位转换器公板，并将SP元件公司所开发的演算法整合在公板上。其中采用ADX技术的资料转换器为交错式，并嵌入公板上FPGA中。图3所示为速率7GSPS数位卡的区块示意图。

　　图3:具备LMX2531与LMH6554的ADQ108系统的区块示意图。

　　图4:具备ADX的混合式类比数位转换器频谱。

　　图4所示为SP元件公司ADQ108资料收集卡的输出频谱效能图。我们需要特别留意其中的峰值突波是来自於调和失真所造成的，且交错突波也已经明显的被削减掉。

　　超高速类比数位转换器之支援电路系统

　　藉由使用如ADC083000的资料转换器能使系统达到高阶的效能，但也必须先确认支援的电路系统也具备足够的效能。支援电路系统的重要关键元素如下：

　　1）高效能与低抖动时脉源

　　2）使用高线性化、低杂讯的放大器或使用平衡与非平衡转换器来驱动类比数位转换器输入

　　LMX2531或LMX2541之时脉合成器都因为能产生低抖动现象类比数位转换器的时脉讯号而被推荐使用，而LMH6554则能用来驱动类比数位转换器的类比输入讯号。

　　LMX2531整合了PLL与VCO两个元件，使能让杂讯底部优於-160dBc/Hz.其晶片具备多种不同的版本可以符合从553百万赫兹到2790MHZ的频带范围各种不同频率的需求。

　　为了能达到更高输入频率的讯号杂讯比效能，因此LMX2541由於具有较低相位杂讯而成为合适的时脉源。LMX2541在频率21亿赫兹的状况下会产生小於2微弧度（mrad）的均方根杂讯；以及在频率35亿赫兹的状况下会产生3.5微弧度的均方根杂讯。LMX2541的PLL会产生-225dBc/Hz的标准化杂讯底部，且能在整数与分数模式中以高达104MHZ的相位侦测率来运作。

　　LMH6554为业界最高效能的差动放大器。其低阻抗的差动输出特性可用来驱动类比数位转换器的输入讯号并在任何中间滤波过程中使用。这个具备宽频的全功能差动放大器可以驱动8到16位元的高速类比数位转换器且在频率800MHZ的状况下得到0.1dB的增益值，在频率250MHZ的状况下得到72dBc的SFDR,以及拥有0.9nV/sqrtHz的低输入电压杂讯效能。

　　当LMH6554将峰值对峰值2V的电压驱动进入低到200欧姆的负载时，便能以频率75MHZ来线性传递16位元的讯号。经由外部增益电阻器以及整合共模回馈，LMH6554也可以应用於差动与差动讯号间或是单端与差动讯号间。而放大器会提供高达18GHZ的大讯号频宽、8dB的杂讯指数以及6,200V/us的摆动速率。

　　图5所示为一组使用上述所提到的支援元件的区块示意图。

　　图5:典型的系统区块示意图。

　　结论

　　本文说明关於设计时序交错式高速类比数位转换器时所面临到的挑战与几种解决方案。现在由於交错方*的不断演进及低抖动时脉源与高效能放大器的出现，让超越6GSPS速率时仍然维持绝佳的动态效能得以实现。

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