采样时钟抖动对ADC信噪比的影响及抖动时钟电路

　　时钟抖动的产生机制

　　直接测量时钟抖动是比较困难的，一般采用间接测量的方法，为此本节首先给出时钟抖动的产生机制。时钟抖动是由时钟产生电路(一般是基于低相位噪声压控振荡器的锁相环路)内部各种噪声源所引起的，例如热噪声(主要是压控振荡器输出信号的热噪声基底)、相位噪声和杂散噪声等，理论分析表明：当所需产生的频率较高时，相位噪声和杂散噪声对时钟抖动的恶化并不明显。

　　一般来说，VCO输出级放大器的热噪声基底可以看成有限带宽的高斯白噪声，其有效带宽大约为工作频率的两倍。当VCO正确地调谐到需要的输出频率时，噪声基底对抖动的影响可以用下面的公式计算：

　　式中f0是振荡器的中心频率，f表示相对于中心频率的偏移，L(f)是在频率偏移f处的相位噪声(单位是dBc/Hz)。为了进一步改进系统的性能，人们往往在VCO的输出端使用一个频率响应类似于带通滤波器的功率匹配网络，这对带宽外的噪声有一定的衰减作用。这样，就能够利用从0 Hz到f0区间内的积分估算最差情况下的噪声，该范围以外的噪声被大大削弱，可以忽略，因为从0到f0范围内的噪声基底是平滑的，L(f)可视为常数，于是公式(3)简化为：

　　故由噪声基底引起的边沿时钟抖动为：

　　理论上可以认为从锁相环路输出信号的相位噪声特性同VCO特性基本一致，但实际的锁相电路会引入一定的噪声，而VCO输出放大器也会使产生的时钟信号的相位噪声特性变差。所以在进行锁相环电路的设计时，除了选择具有较低相位噪声的VCO外，还应选择具有较低噪声系数的放大器或时钟缓冲器，并尽量将时钟产生电路与其它电路分隔开来。

基于低相位噪声VCO的可变采样时钟

　　图2给出了一个实用的基于低相位噪声VCO的低抖动可变采样时钟产生电路。

　　图2中以MC145170作为时钟产生环路的频率合成器，选用Mini-Circuits公司的低相位噪声压控振荡器POS-200作为时钟产生环路的VCO，由于POS-200的输出信号要经过多次分路，所以在其输出信号作第一次分路后，一路反馈送入MC145170作为输入调谐信号，另一路则经低噪声放大器放大后输出，然后再作一次分路，一路作为ADC的采样时钟，另一路则送入DSP作为ADC采样后数字信号的同步时钟。由上面的分析可知，只要设计得当，上述的时钟产生电路输出信号的相位噪声特性将主要取决于POS-200，POS-200在偏离中心频率1MHz处的单边相位噪声为-150dBc/Hz，在估计锁相环电路输出信号的热噪声基底时可以采用该值，当锁相环输出信号频率为81.92MHz时，由公式(5)可以计算出输出时钟信号的抖动为：

　　如果使用的ADC为AD9245，参照图1可以看出：当ADC前端输入信号频率低于50MHz时，AD9245的信噪比将优于65dB，输入信号频率低于100MHz时，AD9245的信噪比将优于60dB。