高速模數轉換器所需的極低抖動編碼（采樣）時鐘

　　電路功能與優勢

　　本電路利用ADF4002頻率合成器產生極低抖動編碼（采樣）時鐘，以控制模數轉換器AD9215的采樣。編碼時鐘上的抖動會降低總信噪比（SNR），二者的關系如下式所示：

　　其中f為滿量程模擬輸入頻率，tj為均方根抖動。公式1中的“SNR”是僅由時鐘抖動決定的SNR，與ADC的分辨率無關。

　　電路描述

　　ADF4002由低噪聲數字鑒頻鑒相器（PFD）、精密電荷泵、可編程參考分頻器和可編程N分頻器組成。14位參考計數器（R計數器）允許PFD輸入端的REFIN頻率為可選值。如果頻率合成器與一個外部環路濾波器和電壓控制振蕩器（VCO）一起使用，則可以實現完整的鎖相環（PLL）。

　　圖1顯示ADF4002與VCXO共同為高速模數轉換器提供編碼時鐘。本應用中的轉換器為一款10位轉換器AD9215-80，它可接受最高80 MHz的編碼時鐘。為實現穩定的低抖動時鐘，采用77.76 MHz窄帶VCXO。本例假設參考時鐘為19.44 MHz，為了將ADF4002的相位噪聲貢獻降至最低，采用最小的倍增系數4。因此，R分頻器編程設置為1，N分頻器編程設置為4。ADF4002的電荷泵輸出（引腳2）驅動環路濾波器，環路濾波器的帶寬經過優化，以提供最佳的均方根抖動，它是決定ADC信噪比的關鍵因素。如果帶寬過窄，在相對于載波頻率的頻偏較小處，VCXO噪聲占主導地位。如果帶寬過寬，ADF4002噪聲將在VCXO噪聲低于ADF4002噪聲情況下的頻偏處占主導地位。因此，環路濾波器的最佳帶寬對應VCXO噪聲與ADF4002帶內噪聲的交點。

　　圖1. ADF4002用作高速ADC的編碼（采樣）時鐘

　　可以使用ADIsimPLL?設計工具（3.0版）來設計環路濾波器，該工具可從analog.com/pll免費下載。測量所得的均方根抖動小于 1.2 ps，假設輸入信號為20 MHz，利用上述公式1可得出SNR理論值（僅由抖動決定）為76.4 dB。該值比ADC的額定SNR （59 dB）高出17.4 dB，導致總SNR僅降低0.1 dB。如果均方根抖動提高至6 ps，則20 MHz時由抖動決定的相應SNR為62.4 dB，導致總SNR為57.4 dB。

　　為進行精確測量，需要低噪聲、低失真模擬輸入源。利用優質信號發生器及后置調諧至目標頻率的帶通濾波器即可實現。雖然圖1所示采用500 kHz信號源，但是應能夠測試更高頻率的信號源。每種附加頻率均需要一個獨立的帶通濾波器。

　　圖1所示設置使用ADF4002、AD9215和HSC-ADC-EVALB-DCZ，用戶可以快速有效地確定轉換器和編碼時鐘是否合適。SPI接口用來控制ADF4002，USB接口幫助控制AD9215-80的操作。控制器板將FFT信息送回PC，如果PC使用ADI公司的ADC Analyzer?軟件，則會提供來自ADC的所有轉換結果。為了達到所需的性能，整個系統必須使用出色的布局、接地和去耦技術。

　　常見變化

　　基于PLL的時鐘產生電路，如圖1所示，經常用于從高噪聲系統時鐘產生干凈的低抖動時鐘。ADI公司提供許多不同的頻率合成和時鐘產生產品，均適合類似的應用。