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
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：
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.
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 (CN0109)
图1：基于DDS的ADC采样时钟发生器（原理示意图）
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图1：基于DDS的ADC采样时钟发生器（原理示意图）
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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/dds和www.analog.com/clock 。
