ZHCAEM8 October 2024 ADC3641 , ADC3642 , ADC3643 , ADC3661 , ADC3662 , ADC3663 , ADC3681 , ADC3682 , ADC3683 , LMK04368-EP , LMK04832 , LMK04832-SEP , LMK04832-SP , LMX1204 , LMX1860-SEP , LMX1906-SP , LMX2571 , LMX2571-EP , LMX2572 , LMX2572LP , LMX2594 , LMX2595 , LMX2615-SP , LMX2694-EP , LMX2694-SEP , LMX2820

3 了解相位噪声或抖动如何影响 ADC 性能

方程式 1 描述了 ADC 的 SNR 关系。SNR_Q 是 ADC 固有的量化噪声、SNR_N 是 ADC 的热噪声，SNR_J 是贡献的总体抖动。SNR_J（如方程式 4 所示）是整个时钟信号链加性抖动和相对于模拟输入频率的 ADC 固有孔径抖动的组合。以下公式清晰表明，总体 SNR 性能不仅仅取决于时钟抖动，而是多个项的综合结果。

方程式 1.

{S N R}_{A D C} [d B c] = - 20 l o g \sqrt{{{[10}^{(\frac{{- S N R}_{Q}}{20})}]}^{2} + {{[10}^{(\frac{{- S N R}_{N}}{20})}]}^{2} + {[10^{(\frac{{- S N R}_{J}}{20})}]}^{2}}

方程式 2.

{S N R}_{Q} [d B c] = q u a n t i z a t i o n o f A D C

方程式 3.

{S N R}_{N} [d B c] = t h e r m a l S N R o f A D C

方程式 4.

{S N R}_{J} [d B c] = o v e r a l l j i t t e r = - 20 l o g (2 \times π \times f_{i n} \times t_{J})

方程式 5.

t_{J} = c o m b i n e d r m s j i t t e r = \sqrt{{(c l o c k i n p u t j i t t e r)}^{2} + {(A D C a p e r t u r e j i t t e r)}^{2}}

图 3-1 使用更高性能的 TI ADC 之一 ADC3683 来模拟了方程式 1。每条有色曲线表示一个不同的时钟抖动值，说明了在整个模拟输入频率范围内增加时钟抖动如何降低 ADC3683 的 SNR。请注意，对于低模拟输入频率，无论整体采样时钟抖动贡献如何，ADC SNR 性能都会保持不变，因为 ADC 量化噪声项和 SNR 热噪声项明显高于时钟输入抖动项。但是，随着模拟输入频率的增加，SNR 开始下降，因为时钟输入项开始主导组合的 rms 抖动项并掩盖 ADC 量化噪声项和 SNR 热噪声项，如方程式 4 和方程式 5 所示。很明显，SNR 下降量在很大程度上取决于总体抖动贡献、ADC 孔径抖动（ADC3683 孔径抖动为 180fs）以及时钟输入抖动与 ADC 孔径抖动的幅度差。图 3-1 中的红色虚线展示了 ADC3683 可实现的出色性能。绿色和黄色曲线纯粹是理论曲线，无法在实践中实现，旨在进一步展示时钟抖动和 ADC SNR 之间的关系。

图 3-1 SNR 与 Fin 外部时钟抖动关系

如前所述，当使用更高的模拟输入频率时，需要性能更好的时钟。这是因为增加模拟输入信号的斜率或压摆率会导致较大的转换误差。为了补偿这种额外增加的误差，系统需要抖动较小的时钟。图 3-2 更清楚地说明了随着模拟输入频率的增加，具有相同抖动量的相同时钟边沿如何在相同时间内转换为更大的增量误差和更差的 SNR。

图 3-2 低模拟输入频率与相同时间段内出现的相同采样时钟边沿

图 3-3 高模拟输入频率与相同时间段内出现的相同采样时钟边沿