CN0109: 利用500 MSPS/1GSPS DDS AD9958/AD9858和时钟分配IC AD9515实现用于高性能ADC的低抖动采样时钟发生器

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概览

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优势和特点
  • 低抖动时钟发生器
  • 针对高速ADC进行设计
  • 针对高精度、高分辨率和低噪声进行优化
    应用: 
  • 通信
  • 通信

电路功能与优势

本电路采用一个具有sub-Hz调谐分辨率的直接数字频率合成器(DDS),作为高性能ADC的低抖动采样时钟源。AD9515 时钟分配IC向ADC提供PECL逻辑电平。不过,利用AD9515的内部分频器特性,DDS也可在AD9515前端以较高频率工作,有效提高输入压摆率。AD9515输入方波电路中较高的压摆率有助于降低时钟路径中的宽带抖动。

ADC采样时钟的抖动会降低总信噪比(SNR),二者的关系如公式1所示:

Formula 1

其中f为满量程模拟输入频率,tj为均方根抖动。公式1中的“SNR”仅由时钟抖动决定,与ADC的分辨率无关。

以下数据证明DDS在时钟应用中可实现低抖动。有关公式1及如何用于评估ADC采样时钟抖动特性的更多信息,请参考应用笔记AN-501.

图1:基于DDS的ADC采样时钟发生器(原理示意图)

电路描述

图1中的电路配置显示,基于DDS的时钟发生器由一个DDS及后置的重构滤波器和AD9515时钟分配IC组成,它用于为模数转换器(ADC)提供采样时钟。DDS采样时钟由Rohde & Schwarz SMA信号发生器产生。测量抖动时,由DDS和AD9515产生的时钟作为高性能、14位、80 MSPS/105 MSPS ADC AD6645的采样时钟。ADC的模拟输入信号是经过滤波的170.3 MHz正弦波,由低抖动Wenzel晶体振荡器(www.wenzel.com)产生。数据由两个不同DDS提供: AD9958 (500 MSPS)和AD9858 (1 GSPS)。

通过评估ADC的差分非线性和热噪声贡献,然后应用基于DDS的时钟并测量ADC SNR,便可获得基于DDS时钟所增加的抖动。有关测量设置和抖动计算的更多详细信息,请参考应用笔记AN-823 。另外,也可参考应用笔记AN-837,其中说明如何设计具有最佳阻带性能的DAC重构滤波器。

表1列出了AD9958的测试结果数据。这些数据证实,提高DDS输出频率或压摆率以及减小DDS输出滤波器通带,可以实现更佳的抖动性能。表2列出了AD9858与5%带通滤波器、225 MHz低通滤波器在各种DDS输出功率水平时的测量结果。正如所预期的,提高功率和降低带宽可以实现低抖动。利用5%带通滤波器,可衰减DAC的大部分杂散。这种情况下,抖动在更大程度上取决于DAC输出与限幅器输入之间的噪声耦合,抖动降低与压摆率提高之间的高度相关性证明了这一点。请注意,利用AD9858电路,就可以实现均方根抖动值始终低于1 ps。

产品 DDS采样速率(MHz) DDS输出频率(MHz) DDS输出功率(dBm) DDS重构滤波器(MHz) AD9515分频器输出设置 AD9515输出频率(MHz) 均方根抖动(ps)
AD9958/AD9515 500 38.88 −3.6 200 LPF 1 38.88 4.1
AD9958/AD9515 500 38.88 −3.6 200 LPF 2 19.44 4.1
AD9958/AD9515 500 38.88 −4.7 47 LPF 1 38.88 2.4
AD9958/AD9515 500 38.88 −4.7 47 LPF 2 19.44 2.4
AD9958/AD9515 500 38.88 −3.3 5% BPF 1 38.88 1.5
AD9958/AD9515 500 38.88 −3.3 5% BPF 2 19.44 1.5
AD9958/AD9515 500 77.76 −3.8 200 LPF 1 77.76 2.5
AD9958/AD9515 500 77.76 −3.8 200 LPF 2, 4 38.88, 19.44 2.5
AD9958/AD9515 500 77.76 −4.9 85 LPF 1 77.76 1.5
AD9958/AD9515 500 77.76 −4.9 85 LPF 2, 4 38.88, 19.44 1.5
AD9958/AD9515 500 77.76 −3.8 5% BPF 1 77.76 1.1
AD9958/AD9515 500 77.76 −3.8 5% BPF 2, 4 38.88, 19.44 1.1
AD9958/AD9515 500 155.52 −5.5 200 LPF 2 77.76 1.5
AD9958/AD9515 500 155.52 −5.5 200 LPF 4, 8 38.88, 19.44 1.5
AD9958/AD9515 500 155.52 −5.6 5% BPF 2 77.76 0.68
AD9958/AD9515 500 155.52 −5.6 5% BPF 4, 8 38.88, 19.44 0.68

表1:AD9958和AD9515的抖动响应与输出频率、功率、频率、滤波器带宽的关系


产品 DDS采样速率(MHz) DDS输出频率(MHz) DDS输出功率(dBm) DDS重构滤波器(MHz) AD9515分频器输出设置 AD9515输出频率(MHz) 均方根抖动(ps)
AD9858/AD9515 1000 155.52 +7.7 225 LPF 2 77.76 0.56
AD9858/AD9515 1000 155.52 +7.7 225 LPF 4,8 38.88, 19.44 0.56
AD9858/AD9515 1000 155.52 +7.7 5% BPF 2 77.76 0.33
AD9858/AD9515 1000 155.52 +7.7 5% BPF 4, 8 38.88, 19.44 0.33
AD9858/AD9515 1000 155.52 +2.6 225 LPF 2 77.76 0.63
AD9858/AD9515 1000 155.52 +2.6 225 LPF 4, 8 38.88, 19.44 0.63
AD9858/AD9515 1000 155.52 +1.1 5% BPF 2 77.76 0.42
AD9858/AD9515 1000 155.52 +1.1 5% BPF 4, 8 38.88, 19.44 0.42
AD9858/AD9515 1000 155.52 −3.2 225 LPF 2 77.76 0.73
AD9858/AD9515 1000 155.52 −3.2 225 LPF 4, 8 38.88, 19.44 0.73
AD9858/AD9515 1000 155.52 −4.6 5% BPF 2 77.76 0.64
AD9858/AD9515 1000 155.52 −4.6 5% BPF 4, 8 38.88, 19.44 0.64

表2:AD9858和AD9515的抖动响应与输出频率、功率、频率、滤波器带宽的关系

为达到上述性能水平,这些电路必须构建在具有较大面积接地层的多层印刷电路板上,并采用适当的接地、布局和去耦技术(请参考教程MT-031——“实现数据转换器的接地并解开AGND和DGND的迷团”,以及教程MT-101——“去耦技术”)。有关更多指导信息,请参考AD9958、AD9858、AD9515和AD6645的评估板文档。

常见变化

ADI公司提供各种直接数字频率合成器、时钟分配芯片和时钟缓冲器,用来构建基于DDS的时钟发生器。欲了解更多信息,请访问www.analog.com/ddswww.analog.com/clock

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
AD6645 14位、80 MSPS/105 MSPS ADC

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9512 1.2 GHz时钟分配IC、2路1.6 GHz输入、分频器、延迟调整、5路输出 AD9512BCPZ
AD9513 800 MHz时钟分配IC,分频器,延迟调整,三路输出 AD9513BCPZ
AD9514 1.6 GHz时钟分配IC、分频器、延迟调整、3路输出 AD9514BCPZ
AD9515 1.6 GHz时钟分配IC,分频器,延迟调整,两路输出 AD9515BCPZ
AD9858 1 GSPS直接数字频率合成器

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9910 1GSPS,14 bit,3.3 V CMOS直接数字频率合成器

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9911 500 MSPS直接数字频率合成器,内置10位DAC

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9912 1 GSPS Direct Digital Synthesizer with 14-Bit DAC

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9913 低功耗、250 MSPS、10位DAC、1.8 V CMOS直接数字频率合成器

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9954 400MSPS、14位、1.8V CMOS、直接数字频率合成器

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9958 内置双通道10 bit DAC的 500 MSPS直接数字频率合成器

欲获取样片,请 联系ADI公司

AD9959 内置四通道10 bit DAC的500 MSPS直接数字频率合成器

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