數據轉換抖動(dòng)計算器

數據轉換器抖動(dòng), 相位噪聲和信噪比(SNR)之間的關(guān)系是什么？

時(shí)鐘抖動(dòng)因其在數據轉換處理中會(huì )引起不確定性(噪聲)而成為一個(gè)問(wèn)題。時(shí)域抖動(dòng)等效于頻域中的相位噪聲。相位噪聲會(huì )將一部分時(shí)鐘信號的功率從基頻擴散到其它頻率，由于采樣可以等效為時(shí)域中的加或乘運算，也即等效于頻域中的卷積，這點(diǎn)是很重要的，這樣采樣時(shí)鐘的頻譜就與輸入信號的頻譜進(jìn)行卷積運算。而且由于抖動(dòng)是時(shí)鐘信號寬帶噪聲，所以在采樣頻譜上也表現為寬帶噪聲，采樣頻譜按采樣率周期性重復，寬帶噪聲就會(huì )使模數轉換器(ADC)的基底噪聲特性惡化。

1. 編碼信號與模擬輸入卷積，這樣時(shí)鐘頻譜(左)就表示在模擬信號上。由于A(yíng)DC是一個(gè)采樣系統，采樣時(shí)鐘的寬帶噪聲也混淆在附加帶中(右邊)，這會(huì )使所有寬帶噪聲進(jìn)入編碼部分，并混入尼奎斯特帶。

什么等式可以用來(lái)分析抖動(dòng)和相位噪聲對轉換器的影響？

要計算相位噪聲對SNR的影響，考慮一下時(shí)鐘時(shí)延等效于給定頻率下的相位延遲。從噪聲功率的角度來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)以rms弧度表示的相位噪聲σ2θ等 于ω2clk時(shí)間σ2τ, 這里στ是以rms 秒表示的相位抖動(dòng)，ωclk是以弧度/秒為單位的時(shí)鐘頻率，這樣對于任何抖動(dòng)誤差，信號頻率越高，相位誤差就越大，相位噪聲與SNR的關(guān)系可以如下等式定 義：

SHRCLK(dB)=-10logσ2θ

2. 該圖繪制出在多個(gè)抖動(dòng)特性中理論SNR和在抖動(dòng)影響輸入頻率的情況下有效位數。

假設這樣一個(gè)簡(jiǎn)單情形：時(shí)鐘抖動(dòng)的帶寬落入一個(gè)單獨的尼奎斯特區中，并將量化噪聲和熱噪聲排除在外。在單波載系統中，以抖動(dòng)的時(shí)鐘信號采集數據時(shí)信號的SNR可以表達為：

SHRsig(dB)=1/(4π2σ2τf0)

在多載波窄帶系統中，參照其中一個(gè)載波( dBc)以分貝表示的SNR具有同樣的形式，但用所有頻率項之和代替了分母中f0項。由于它提高了量化噪聲和熱噪聲水平，所以這是很重要的，在這些應用 中，抖動(dòng)可能對整個(gè)SNR貢獻不大，量化噪聲和熱噪聲占據主導地位。但在寬帶系統中，假設數據平均值為零，兩個(gè)頻率fL和fH之間存在一平坦的均勻分布的 頻譜，SHR可以表達為：

SHRsig=(1/σ2τ)×3/(f2H+fHfL+f2L)

轉換器工作在基帶以上會(huì )怎么樣？

在那些信號頻率占據更高頻率尼奎斯特帶的采樣系統中，與基帶系統相比，要求時(shí)鐘信號具有更好的抖動(dòng)特性，這是因為如果抖動(dòng)足夠大，抖動(dòng)引起的噪聲可能就會(huì )混入帶內，在這樣應用中，可由如下的等式確定由抖動(dòng)引起的SNR上限：

SNR(dB)=-20log(2πfanalogtrmsjitter)

這里fanalog是輸入頻率， t是抖動(dòng)。給定工作頻率和要求的SNR后，可用下面等式確定對時(shí)鐘抖動(dòng)的要求：

Tjitter=(10(-snr/20))/2πfanalog

因此，如果抖動(dòng)是轉換器性能的唯一限制因素，采樣70MHz的IF信號，SNR保持在75-dB，需要將最大時(shí)鐘抖動(dòng)限制在400 fs.的水平。

同步數據轉換器與同步其它數字應用器件有何不同？

實(shí)際上，高速數據轉換器所能允許的抖動(dòng)或相位噪聲水平要比超高速通訊系統要低。例如Sonet/SDH規范允許數微微秒數量級的時(shí)鐘抖動(dòng)。但是對于 一個(gè)工作在100M 點(diǎn)/秒采樣率、輸入模擬信號頻率在70~200MHz之間這樣一個(gè)數據轉換器而言，抖動(dòng)就必須小于1ps。