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时间交替超高速ADC技术解析
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2021-01-20
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采用时间交替模数转换器(ADC),以每秒数十亿次的速度采集同步采样模拟信号,对于设计工程师来说,这是一项极大的技术挑战,需要非常完善的混合信号电路。时间交替的根本目标是通过增加转换器,在不影响分辨率和动态性能的前提下使采样频率增倍。 本文探讨时间交替模数转换器的主要技术难点,并提供切实可行的系统设计指导,包括可解决上述问题的创新性元件功能和设计方法。本文还提供从7Gsps双转换器芯片“交替解决方案”测得的FFT结果。,文章还描述了实现高性能所需的应用支持电路,包括时钟源和驱动放大器。 对更高采样速度的需求不断增加 何时提高采样频率会更加有益,其中的原因又是什么呢?这个问题有多
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时间交替超高速时间交替超高速ADC技术解析技术解析
采用时间交替模数转换器(ADC),以每秒数十亿次的速度采集同步采样模拟信号,对于设计工程师来说,这是一
项极大的技术挑战,需要非常完善的混合信号电路。时间交替的根本目标是通过增加转换器,在不影响分辨率
和动态性能的前提下使采样频率增倍。 本文探讨时间交替模数转换器的主要技术难点,并提供切实可行的
系统设计指导,包括可解决上述问题的创新性元件功能和设计方法。本文还提供从7Gsps双转换器芯片“交替解
决方案”测得的FFT结果。,文章还描述了实现高性能所需的应用支持电路,包括时钟源和驱动放大器。 对
更高采样速度的需求不断增加 何时提高采样频率会更加有益,其中的原因又是什么呢?这个问题有多
采用时间交替模数转换器(ADC),以每秒数十亿次的速度采集同步采样模拟信号,对于设计工程师来说,这是一项极大的
技术挑战,需要非常完善的混合信号电路。时间交替的根本目标是通过增加转换器,在不影响分辨率和动态性能的前提下使采
样频率增倍。
本文探讨时间交替模数转换器的主要技术难点,并提供切实可行的系统设计指导,包括可解决上述问题的创新性元件功能
和设计方法。本文还提供从7Gsps双转换器芯片“交替解决方案”测得的FFT结果。,文章还描述了实现高性能所需的应用支持
电路,包括时钟源和驱动放大器。
对更高采样速度的需求不断增加
何时提高采样频率会更加有益,其中的原因又是什么呢?这个问题有多种答案。模数转换器的采样速度基本上直接决定了
可以在一个采样瞬间进行数字化的瞬时带宽。尼奎斯特和香农采样定理证明了可用采样带宽(BW)相当于采样频率Fs的一半。
3GSPS模数转换器实现了在采样期内采集1.5GHz模拟信号频谱。如果采样速度翻倍,尼奎斯特带宽也倍增至3GHz。通
过时间交替实现采样带宽倍增对于很多应用来说都是有益的。例如,无线电收发器架构可以增加信息信号载波数,从而增加系
统数据输出量。采样频率倍增还可以提高采用飞行时间(TOF)原理的LIDAR测量系统的分辨率。实际上,通过缩短有效采样期
可以降低飞行时间测量值的不确定性。
数字示波器还需要高采样频率Fs/输入频率FIN比值,以准确采集复合模拟或数字信号。要采集输入频率的谐波部分,就要
求采样频率必须是输入频率(值)的倍数。例如,如果示波器采样频率不够高,且更高阶谐波位于模数转换器的尼奎斯特带宽
外,方形波将显示为正弦形。
图1说明了示波器前端双倍采样频率的益处。6GSPS采样波形是采样模拟输入更准确的表示形式。很多其他测试仪器系统
(例如质谱仪和伽马射线望远镜)依靠较高的过采样/FIN进行脉冲波形测量。
图1:以3GSPS和6GSPS采样的247.77MHz信号的时域值图。
增加采样频率还具有其他优点。过采样信号还实现了通过数字滤波在数字域改善增益的特点。实际上,模数转换器噪声底
可在更大输出带宽上扩散。倍增固定输入带宽的采样率在动态范围使噪声改善了3dB。采样频率每倍增,将为动态范围提供一
个附加3dB。
时间交替技术的难点
时间交替的主要难点是通道间采样时钟边沿的校准和IC间固有变化的补偿。匹配各单独模拟数据转换器间的增益、偏移和
时钟相位是一项很大的挑战,主要因为这些参数都取决于频率。除非能够实现这些参数的匹配,否则动态性能和分辨率将会降
低。图2显示了三个主要误差源。
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weixin_38606811
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