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抗混叠滤波器的时钟相位差关系

发布时间:2020/7/5 15:44:59 访问次数:6851

tcjc476m010r0100若adc为交织型,则两个或两个以上具有固定时钟相位差关系的adc用来同步采样输入信号,并产生组合输出信号,使得采样带宽为单个adc带宽的数倍。利用m个adc可让有效采样速率增加m倍。为简便起见并易于理解,我们重点考察两个adc的情况。这种情况下,如果两个adc的每一个采样速率均为fs且呈交织型,则最终采样速率为2× fs。这两个adc必须具有确定的时钟相位差关系,才能正确交织。时钟相位关系由等式1给出,其中:n是某个特定的adc,m是adc总数。

两个adc采样速率均为100 msps且呈交织型,因此采样速率为200 msps。可用来推导出两个adc的时钟相位关系,如等式2和等式3。

增加采样速率能够为这些应用提供更多的带宽,而且频率规划更轻松,还能降低通常在adc输入端使用抗混叠滤波器时带来的复杂性和成本。面对这些优势,大家一定想知道需要为此付出什么代价。就像大多数事情一样,天下没有免费的午餐。交织型adc具有更高的带宽和其他有用的优势,但在处理交织型adc时也会带来一些挑战。

在交织组合adc时存在一些挑战,还有一些注意事项。由于与交织型adc相关的缺陷,输出频谱中会出现杂散。这些缺陷基本上是两个正在交织的adc之间不匹配。输出频谱中的杂散导致的基本不匹配有四种。包括失调不匹配、增益不匹配、时序不匹配和带宽不匹配。其中最容易理解的可能是两个adc之间的失调不匹配。每个adc都会有一个相关的直流失调值。当两个adc交织并在两个adc之间来回交替采样时,每个连续采样的直流失调会发生变化。图4举例说明了每个adc如何具有自己的直流失调,以及交织输出如何有效地在这两个直流失调值之间来回切换。输出以fs/2的速率在这些失调值之间切换,将导致位于fs/2的输出频谱中产生杂散。由于不匹配本身没有频率分量,并且仅为直流,因此出现在输出频谱中的杂散频率仅取决于采样频率,并将始终出现在fs/2频率下。杂散的幅度取决于adc之间失调不匹配的幅度。不匹配值越大,杂散值就越大。为了尽可能减少失调不匹配导致的杂散,不需要完全消除每个adc中的直流失调。这样做会滤除信号中的所有直流成分,不适合使用零中频(zif)架构的系统,该架构信号成分复杂,dc量实际是有用信号。相反,更合适的技术是让其中一个adc的失调与另一个adc匹配。选择一个adc的失调作为基准,另一个adc的失调设置为尽可能接近的值。失调值的匹配度越高,在fs/2产生的杂散就越低。

最后一个不匹配可能最难理解和处理:带宽不匹配。带宽不匹配具有增益和相位/频率分量。这使得解决带宽不匹配问题变得更为困难,因为它含有另外两个不匹配参数的分量。然而,在带宽不匹配中,我们可在不同的频率下看到不同增益值。此外,带宽具有时序分量,使不同频率下的信号通过每个转换器时具有不同的延迟。出色的电路设计和布局布线实践是减少adc间带宽失配的最好方法。adc之间的匹配越好,则产生的杂散就越少。正如增益和时序不匹配会导致在输出频谱的fs/2 ± fin处产生杂散一样,带宽不匹配也会在相同频率处产生杂散。

交织adc时引起问题的四种不同的不匹配,可以发现有一个共性。四个不匹配中有三个会在输出频谱的fs/2 ± fin处产生杂散。失调不匹配杂散很容易识别,因为只有它位于fs/2处,并可轻松地进行补偿。增益、时序和带宽不匹配都会在输出频谱的fs/2 ± fin处产生杂散;因此,随之而来的问题是:如何确定它们各自的影响。以简单的图形方式指导如何从交织型adc的不同不匹配中识别杂散来源。

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(素材来源:21ic和ttic和eechina.如涉版权请联系删除。特别感谢)

 

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两个adc采样速率均为100 msps且呈交织型,因此采样速率为200 msps。可用来推导出两个adc的时钟相位关系,如等式2和等式3。

增加采样速率能够为这些应用提供更多的带宽,而且频率规划更轻松,还能降低通常在adc输入端使用抗混叠滤波器时带来的复杂性和成本。面对这些优势,大家一定想知道需要为此付出什么代价。就像大多数事情一样,天下没有免费的午餐。交织型adc具有更高的带宽和其他有用的优势,但在处理交织型adc时也会带来一些挑战。

在交织组合adc时存在一些挑战,还有一些注意事项。由于与交织型adc相关的缺陷,输出频谱中会出现杂散。这些缺陷基本上是两个正在交织的adc之间不匹配。输出频谱中的杂散导致的基本不匹配有四种。包括失调不匹配、增益不匹配、时序不匹配和带宽不匹配。其中最容易理解的可能是两个adc之间的失调不匹配。每个adc都会有一个相关的直流失调值。当两个adc交织并在两个adc之间来回交替采样时,每个连续采样的直流失调会发生变化。图4举例说明了每个adc如何具有自己的直流失调,以及交织输出如何有效地在这两个直流失调值之间来回切换。输出以fs/2的速率在这些失调值之间切换,将导致位于fs/2的输出频谱中产生杂散。由于不匹配本身没有频率分量,并且仅为直流,因此出现在输出频谱中的杂散频率仅取决于采样频率,并将始终出现在fs/2频率下。杂散的幅度取决于adc之间失调不匹配的幅度。不匹配值越大,杂散值就越大。为了尽可能减少失调不匹配导致的杂散,不需要完全消除每个adc中的直流失调。这样做会滤除信号中的所有直流成分,不适合使用零中频(zif)架构的系统,该架构信号成分复杂,dc量实际是有用信号。相反,更合适的技术是让其中一个adc的失调与另一个adc匹配。选择一个adc的失调作为基准,另一个adc的失调设置为尽可能接近的值。失调值的匹配度越高,在fs/2产生的杂散就越低。

最后一个不匹配可能最难理解和处理:带宽不匹配。带宽不匹配具有增益和相位/频率分量。这使得解决带宽不匹配问题变得更为困难,因为它含有另外两个不匹配参数的分量。然而,在带宽不匹配中,我们可在不同的频率下看到不同增益值。此外,带宽具有时序分量,使不同频率下的信号通过每个转换器时具有不同的延迟。出色的电路设计和布局布线实践是减少adc间带宽失配的最好方法。adc之间的匹配越好,则产生的杂散就越少。正如增益和时序不匹配会导致在输出频谱的fs/2 ± fin处产生杂散一样,带宽不匹配也会在相同频率处产生杂散。

交织adc时引起问题的四种不同的不匹配,可以发现有一个共性。四个不匹配中有三个会在输出频谱的fs/2 ± fin处产生杂散。失调不匹配杂散很容易识别,因为只有它位于fs/2处,并可轻松地进行补偿。增益、时序和带宽不匹配都会在输出频谱的fs/2 ± fin处产生杂散;因此,随之而来的问题是:如何确定它们各自的影响。以简单的图形方式指导如何从交织型adc的不同不匹配中识别杂散来源。

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