一种adc孔径抖动的测量方法

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1、万方数据SCI-TECHINFORMA-110NDEVELOPMENT＆ECONOMY2007年第17卷第16期文章编号：1005-6033(2007)16—0166—02一种ADC孑L径抖动的测量方法马宝元(太原理工大学信息工程学院，山西太原，030024)摘要：给出了孔径抖动与采样误差关系的数学模型，提出了利用直线拟合法测量孔径抖动的方法及实现该法的系统框图。并阐述了仿真的结果。关键词：孔径抖动：测量方法；ADC中圈分类号：7I他74+．4文献标识码：A随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，作为联系计算机与被处理的物理信息之间的模数转换器(ADC

2、)也被广泛应用，而且在现代通信系统中，以及在软件无线电技术中更是将ADC推到了系统的前端，用来实现在中频(IF)甚至射频(RF)段对输入模拟信号进行直接采样。这样由于输入频率的提高。使得在较低输入频率下并不突出的孔径抖动成为影响轰DC噪声的主要来源。孔径抖动甚至成为这项技术进步的主要限制因素，这就使得孔径抖动越来越成为人们关注的焦点。因此孔径抖动的测量尤其是皮秒甚至亚皮秒级的孔径抖动的测量就显得更为重要。但目前国内外还没有—个统一的、完善的测量方法。目前关于时钟抖动的测量方法及理论研究文献很多。但是对由于ADC本身引起的孔径抖动却鲜有论述，本文提出

3、了一种新型的孔径抖动测量方法，给出了这种测量方法的系统框架，并根据AD公司提供的AD6649模型进行了仿真。结果证明该方法从仿真角度讲具有很好的估计精度。1理论模型1．1孔径抖动的定义图1孔径抖动及其引起的孔径抖动误差孔径抖动(Aperturejliteroraperh鹏uncertainty)是指由于ADC器件本身的随机特性。造成的采样时间误差，具体表现为采样保持电路中保持沿实际出现时间的不确定性(见图1)。图I中血脯就是孔径抖动，通常认为它是一种均值为零，偏差为盯的高斯分布，因此。矾称为孔径抖动偏差。如。则称为孔径抖动引起的采样信号误差，o-．

4、也就称为由于采样信号引起的采样偏差。1．2采样曝窟与孔径抖动嘿声的关系通常孔径抖动引起的采样误差被掩盖在包括非抖动因素及外部抖动因素引起的总噪声之中。非抖动因素包括量化误差、微分非线性误差以及热噪声误差等。外部抖动噪声则主要是时钟抖动噪声。因此要实现对孔径抖动偏差的测量。就必须实现孔径抖动噪声从包括时钟抖动噪声166收稿日期：2007-03-22的总抖动噪声中的分离，同时还要实现孔径抖动噪声从包括非抖动噪声中的分离。为了实现第一种分离，本文提出了一种采用输入信号与时钟信号同源的方法，使得抖动成为主要是由于ADC本身引起的孔径抖动。为了实现第二种分离

5、。本文找出了采样方差与抖动方差的线性关系。并通过不同的输入信号频率，利用直线拟合求得孔径抖动偏差。下面就是这方面内容的具体阐述。不失ADC动态参数测量法的一般性，在此以正弦波信号作为输入信号。即：儿；A8in(21呱I+如)(I)那么经过采样后的输出信号应为：嘲8in(2可删(n)+如)+6·(n)+诉(n)(2)式中瓣和』分别为输入信号及时钟的频率J(n)为采样时刻的相位抖动，如为初相，ban)和g；(n)分别为热噪声和量化噪声(这里的量化噪声包含了微分非线性误差)。那么输出信号的误差可以表达如下：e(n)；A妇(2喇呵(厅)+机)+6c(n)+

6、口r(n)-A咖(2删+如)一j(n)Ac惦(2喇+如)+6工n)qt(n)(3)以上是在认为Ij(n)J远小于l的情况下，忽略二次及以上小项的台劳展开式。令J(厅)=2噶(蹦n)吼D(n))式中：鸯文昂)，瓠D(珏)分别表示由测试装置及ADC电路产生的随即抖动时间变量，即前者为由时钟及输入电路引起的时间抖动变量。后者即为待测的ADC孔径抖动变量。假设它们分别服从均值为零，偏差分别为口裔，口口的高斯分布，则可以得出：口吓e(n)]一4砷锄2(口'，加∥)cod甜咖碰+籼)+矿删；册(4)式中：—。册表示热噪声变量及量化噪声变量6(n)和口(n)等构

7、成的非抖动噪声方差。如果令采样的频率与输入信号频率相等，即鲥：，还有使采样点恰好在输入信号的过零点，即在输入信号变化率最大的位置进行采样，同时输入信号和采样信号采用同一信号源，以保证输入信号与时钟信号具有同步的时钟抖动特性，使国n(n)达到最小(不可能完全为零，因为除了使用共同的信号源之外，还有各自独立的路径)，这样在忽略测试装置抖动的前提下上式可变为：科e(n)】一41f，似屯啊知耐21r叶—Ⅲ：册萨4帕诩‰．^矿w：嘲(5)可见，测量噪声的均方值包括两部分，一部分为ADC的孔径抖动噪声，一部分为ADC的非抖动噪声即热噪声和量化噪声。可见在输入信

8、号幅度不变时，采样噪声随着输入信号频率的增加而增加，即矿[e(8)】与詹成线性关系。因此如果通过不断改变输人信号的频率对A