抖动对于SNR性能的影响以及怎样降低一个噪声时钟源的抖动-电子发烧友网

“在依然能够获得良好 SNR 结果的情况下，最差情况的 ADC 时钟可怎样呢?”虽然从来没有客户直接向我提及这一问题，但我的确定期地被问到有关采用不适合高分辨率 ADC 的时钟源之问题。

通常，它需要一个可具有高达 1nsRMS 抖动的函数发生器。常常需要采用一个高质量的 RF 发生器或晶体振荡器以从 16 或 18 位 ADC 获得最佳的 SNR 值，即使在相对较低的输入频率下也不例外。本文我将使用安装了 LTC2389-18 2.5Msps 18 位 ADC 和 LTC PScope 软件的 DC1826A-A 演示板，来说明抖动对于 SNR 性能的影响以及怎样降低一个噪声时钟源的抖动。

作为基线，DC1826A-A 的时钟输入采用一个罗德与施瓦茨 SMB100A RF 发生器来驱动，并由 Stanford Research SR1 提供模拟输入。结果是图 1 中的 PScope 数据，其产生一个 98.247dBFS SNR。

图 1：基线 FFT 显示：对于 LTC2389-18，SNR 为 98.247dBFS

该 SNR 是通过将低于全标度的输入电平 (-1.047dBFS) 加至已测 SNR 获得的。ADC 之 CNV 输入端上的 18.8psRMS 抖动可采用一台 Agilent Infiniium 9000 系列示波器或同等档次的示波器进行测量。基于抖动和输入频率的 SNR 理论极限值为

20 * log (2 * π * fIN * tjitter)

其中：

tjitter 为 RMS 抖动

fIN 为输入频率

代入针对该例的数值得出的SNR 为

20 * log (2 * π * 20kHz * 18.8ps) = 112.5dB

随后必须将该值与 ADC SNR 进行 RMS 求和运算以产生一个有效 SNR。查看 LTC2389 的产品手册，在 2kHz 频率下用于演示板电路 (图 7a 和 7b) 的典型 SNR 为 98.8dB。

LTC2389 的产品手册，图 7a 和 7b

产品手册中给出的“SNR 与输入频率的关系曲线”显示：在本实验所采用的 20kHz 输入频率下，SNR 产生大约 0.3dB 的滚降，因此 98.8dB 的数字将调节至 98.5dB。98.5dB 与 112.5dB 的 RMS 之和为 98.3dB，这近似于图 1 中获得的结果。

图 2：DC1826A-A 之 CNV 输入端上的 RMS 抖动 (采用 SMB100A 时钟源)

既然已经获得了一个基线 SNR 测量结果，那么假如使用一个具较高抖动的时钟源会发生什么呢? 如图 3 所示，当采用 XXXX-YYYYY (制造商及型号隐去) 发生器时，测得的抖动为 76.5psRMS。在该抖动水平下的SNR 理论极限值为 100.3dB，当其与 LTC2389-18 的 98.5dB 进行 RMS 求和运算时，得出的结果为 96.3dB。

图 3：噪声时钟源在 DC1826A-A 的 CNV 输入端上产生 76.5psRMS 抖动

图 4 的 PScope 截屏中示出的 96.2dBFS 测量 SNR 基本吻合。在相对较低的 20kHz 输入频率下，SNR 指标降低了 2dB，且附加的时钟抖动小于 60ps。在 100kHz 输入频率下，SNR 将降至 86dB。

图 4：采用噪声时钟源时 LTC2389-18 的 SNR 指标降低至 96.2dBFS

问

噪声时钟源 (例如：刚刚检查的时钟源) 上的抖动可以减低吗?

采用先前的时钟源，在时钟的输出和演示板的时钟输入之间插入一个 TTE 低通滤波器。测得的时钟抖动减小至 54.7psRMS (如图 5 所示)，而最终的 SNR 则改善至 96.8dBFS (如图 6 给出的 PScope 截屏所示)。

图 5：噪声时钟源的低通滤波降低了 CNV 输入端上的抖动

图 6：噪声时钟源的低通滤波轻微改善了 SNR

虽然取得了小幅改善，但其仍然不如基线 SNR 测量结果那么好。接着，插入一个 TTE 带通滤波器以替代低通滤波器。现在，测得的时钟抖动为 16.7psRMS (如图 7 所示)，而 SNR 的测量结果则显著地改善至 98.3dBFS (如图 8 给出的 PScope 截屏所示)。测得的 SNR 此时与基线 SNR 测量值相同。