運用時序交錯式類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器（timeinterleavedADC）在每秒高達數(shù)十億次的同步取樣類比訊號是一個技術(shù)上的挑戰(zhàn)，除此之外，對於混合訊號電路的設計也需要非常謹慎小心。基本上，時序交錯的目標是利用轉(zhuǎn)換器數(shù)目與取樣頻率相乘而不影響解析度以及動態(tài)的效能。

本文將探討運用時序交錯式類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器時所出現(xiàn)的技術(shù)挑戰(zhàn)，并對此提供實用的系統(tǒng)設計解決方案。本文也將說明可以解決目前已知問題的創(chuàng)新元件的特色及設計技術(shù)。同時利用快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT）計算法算出7GSPS速率及兩個轉(zhuǎn)換器晶片在「交錯解決方案」下的結(jié)果。最後將說明為達成高效能所需的時脈源及驅(qū)動放大器之支援電路圖應用。

需要更高的取樣速度

何時以及為何增加取樣的頻率是具有優(yōu)勢的呢？有多個答案可以回答這個問題�；�本上，類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的取樣速度會直接影響到瞬間頻寬，因為瞬間頻寬會在取樣的瞬間被數(shù)位化。根據(jù)Nyquist與Shannon的取樣定理表示，最大允許的取樣頻寬（BW）等於取樣頻率（FS）的一半。我們可以用以下的方程式表示：

BW=FS/2

速率為3GSPS的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器能在一個取樣周期內(nèi)取樣15億赫茲的類比訊號頻譜。讓取樣速度加倍的同時也會讓Nyquist頻寬加倍成為30億赫茲。藉由時序交錯使取樣頻寬產(chǎn)生增加的結(jié)果對於很多應用提供相當?shù)闹�益。舉例來說，應用時序交錯的無線電收發(fā)機架構(gòu)就可以增加資訊訊號載波的數(shù)目，使得系統(tǒng)資料處理能力得到提升。增加取樣頻率同時也可以改善LiDAR測量系統(tǒng)（LiDAR系統(tǒng)依循飛行時間（TOF）原理而運作）的解析度�；�本上，飛行時間測量的不準確度可以經(jīng)由減少有效取樣時脈周期的方式而降低。

數(shù)位示波器也需要較高的取樣頻率對輸入頻率（FIN）的比值，才能更精準的獲得復合式類比或數(shù)位訊號。取樣頻率必須是FIN的最大值的數(shù)倍以上才能得到FIN的調(diào)和成分。舉例來說，如果在示波器取樣頻率不夠高的情況下，若較高位階的調(diào)和頻率在類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器Nyquist頻寬的范圍之外，那麼原本的方波將會變成正弦波的形式。

圖1:在速率3GSPS及速率6GSPS時針對247.77百萬赫茲訊號取樣的時域測量波形圖。

圖1所示為示波器前端加倍取樣頻率所產(chǎn)生的優(yōu)勢。取樣類比輸入訊號中速率6GSPS的取樣波形將得以更精準地呈現(xiàn)出來。許多其他的測試儀器系統(tǒng)，比方像是質(zhì)譜儀以及伽瑪射線望遠鏡都是依賴較高的過度取樣與輸入頻率的比例來達成脈沖形狀的測量。

增加取樣頻率還可以獲得其它的優(yōu)點。過度取樣的訊號也能對數(shù)位濾波的過程中得到增益有所助益�；�本上，類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的雜訊底部擴散涵蓋大部分的輸出頻寬。對一個固定的輸入頻寬采用兩倍的取樣頻率進行取樣，能在動態(tài)范圍中獲得3dB的改善。而每一次對取樣頻率進行加倍也都能讓動態(tài)范圍額外獲得3dB的改善。

時序交錯所面臨的挑戰(zhàn)

時序交錯主要面臨的挑戰(zhàn)為頻道間做取樣時脈邊緣的精確相位校準，以及在積體電路之間與生俱來的制造變數(shù)補償?shù)膯栴}。為了能精確的與增益匹配，各個分別類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器間的偏移量與時脈相位都將十分重要，特別是與頻率有關(guān)的參數(shù)更顯重要。除非這些參數(shù)能夠達到精確匹配，才能使動態(tài)效能與解析度得以降低。圖2所示為三個主要的錯誤來源。

圖2:交錯是類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器在增益、偏移量、時序上的錯誤。

一般而言，雙通道交錯轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)需要類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的輸入端取樣時脈產(chǎn)生1/2個時脈周期的時間平移。然而ADC083000類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)則使用晶片本身具備的交錯技術(shù)，并以時脈頻率相當於取樣率一半的數(shù)值進行運作，也就是說使用1.5GHZ的頻率來對應3GSPS的速率。因此對於采用兩組ADC083000類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器的雙通道系統(tǒng)而言，類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器輸入取樣時脈邊緣必須是1/4個時脈周期的時間平移或是與其他邊緣產(chǎn)生90°的角度平移。對於頻率1.5GHZ時脈而言，相符合的數(shù)值為166.67ps.

來源：維庫開發(fā)網(wǎng)