高速采样ADC和时钟信号的研究

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1、中国科学技术大学博士论文摘要摘要随着集成电路新技术的发展，相应的通信系统尤其是无线通信也得到了长足的发展．这种发展对通信前端数据转换器的速度和精度也提出了相应的要求，例如在软件无线电中的前端AD转换需要有14bit和百兆赫速度量级的性能。而这种转换器设计也随之对采样时钟的性能提出了要求：要达到好的信号噪声比性能，必须要有高性能低抖动的采样时钟信号。本文研究的就是高速采样ADC和时钟信号两方面的内容，同时在对采样性能和时钟抖动的研究基础上实现了对时钟抖动的测量电路设计。在论文的第一章介绍了ADC采样技术的应用、发展历史、工艺概况和发展趋势，然后结合时钟信号抖动(JITI

2、rER)．对Jm信系统的影响介绍了JITTER的定义、分类和分析。最后介绍了采样时钟JITTER和ADC性能的关系，引出了本文要研究的内容。第二章介绍了时钟信号的产生和特点，对原子钟、晶体振荡器到锁相环产生的时钟信号进行了分析和概括。然后对时钟的正弦模型进行了谱分析，推导了时钟周期抖动以，周期间抖动o-和累积抖动盯，的表达式，得出了时钟抖动和相噪谱之间的关系。同时分析了常见的晶振信号相噪谱和锁相环信号相噪谱。最后介绍了时钟抖动的几种测量方法。第三章是对ADC采样原理和ADC性能分析的介绍，首先介绍了ADC转换的原理，包括采样的原理、采样中的噪声和采样电路的基本结构，量

3、化原理、直接量化和信号预处理后的量化技术，然后介绍了高速ADC的结构分类和ADC的静态和动态性能参数，如微分非线性DNL、信噪比SNR等指标。最后一部分则介绍了ADC的测试分析方法，包括码密度测试和频谱域的测试，同时推导了微分非线性和失调误差的测试公式，频域测试的部分介绍了FFT的分析原理，频谱泄漏现象t测量精度和谐波的确定。第四章是本文中重要的一部分，它是有关ADC采样和采样时钟抖动之间关系的分析和仿真，首先推导了采样时钟抖动和ADC输入信号之间的关系、时钟抖动和ADC信噪比SNR之间的关系以及时钟抖动和相干采样ADC输出码之间的关系，然后作了以下的几个仿真：信噪比

4、、ADC位数和时钟抖动的关系，信噪比、输入信号和时钟抖动的关系，相干采样ADC输出码和时钟抖动的关系。最后给出了实际测量iirter的一些建议。第五章同样是本文中重要的一章，它是有关利用ADC采样测量时钟性能的电路实现和测量结果。在这一章里，首先介绍了ADC测量Jitter的几种模型，包括SNR测量的曲线法、相干采样的直方图统计法；然后是介绍了测量电路的实现，整个测量系统包括了信号产生板、ADC采集测量板和数据收集板，后续的数据利用Matlab软件辅助分析。最后根据实际灏0量数据得出了测量的结果，证明了测试方法的可行性，同时分析了待测时钟源的一些性能。包括了PLL、时

5、钟驱动、运放、延迟线及晶体振荡器等的时间性能。在最后的附录里介绍了一些论文中用到的分析方法和基本概念以及电路实物图。JJ中国科学技术大学博士论文摘要AbstractWiththenewlydevelopmentofICtechnology,thecorrespondingcommunicationsystems，especiallywirelesscommunicationsystems，aregieatlyprocessed．Thisprocessingdemandsthespeedandprecisionoffront-enddatac锄verIerSForexa

6、mpleinSDR(softwaredefinedradi01field，theADconvertershouldbccapableofworkingatabout14bitand100MHzFollowingthedesignofcouvertercometherequirementsonsamplingclockls])c'Tforulance：Toachievehiie,hSNR(Signal-NoiseRatio)，theremustbeahJIghperformancelow-jittersamplingclocksignal．Thispaperemphas

7、izesonhighspeedsamplingADCandclocksignal，andbasedontheresearchoftherelationshipofADCperformanceandsamplingclockjitter,itrealizeapracticalcircuitsforclockjittermeasurffment．Inchapter1Itintroducesbrieflytheapplication、stateofart、developmenthistoryandtrendofADconverters，thenthedef