孔径时间、孔径抖动、孔径延迟时间

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1、MT-007TUTORIAL孔径时间、孔径抖动、孔径延迟时间——正本清源作者：WaltKester简介在ADC和采样保持器(SHA)的技术规格中，误解最深、滥用最多的可能是那些包含“孔径”的规格。图1给出了一个简单的模型，SHA最基本的动态特性是它能够快速断开保持电容与输入缓冲放大器的连接。一直以来，这一动作所需的极短（但非零）时间间隔称为“孔径时间”（或“采样孔径”）ta。此间隔结束时电压保持的实际值取决于输入信号压摆率和开关操作本身引入的误差。图1显示对两个任意斜率的输入信号（分别标为1和2）应用保持命令时的情况。为清楚起见

2、，采样保持基底误差和开关瞬态忽略不计。最终保持的值是输入信号的延迟版本，并且是开关孔径时间范围内的平均值。该一阶模型假设，保持电容上的最终电压值约等于应用于开关的信号在开关从低阻抗变为高阻抗的时间间隔(ta)内的平均值。ANALOGta=APERTURETIMEDELAY,tdaAPERTUREtda=ANALOGDELAYTIME,tatetdd=DIGITALDELAYINPUTtSIGNALe=ta/2=APERTUREDELAYTIMEFORtda=tddCHOLD2INPUTSAMPLINGVOLTAGEONCLOCK

3、HOLDCAPACITORSWITCHSWITCHDRIVERINPUTSIGNALS1DIGITALDELAY,tddte'=APERTUREDELAYTIMEREFERENCEDTOINPUTS12ttae'=tdd–tda+2taHOLDSWITCHSAMPLEDRIVEROUTPUT图1：采样保持波形和定义Rev.A,10/08,WKPage1of8MT-007该模型显示，开关断开所需的有限时间(ta)相当于在驱动SHA的采样时钟中引入一个小延迟te。此延迟为常数，可以是正值，也可以是负值。图中显示，两个信号虽然斜率不同

4、，但适用同一te值。此延迟te称为“有效孔径延迟时间”、“孔径延迟时间”或“孔径延迟”。在ADC中，孔径延迟时间参考转换器的输入，必须考虑通过输入缓冲器的模拟传播延迟tda和通过开关驱动器的数字延迟tdd的影响。以ADC输入为基准，孔径时间te'定义为前端缓冲器的模拟传播延迟tda与开关驱动器数字延迟tdd的时间差加上孔径时间的一半ta/2。有效孔径延迟时间通常为正值，但如果孔径时间的一半ta/2与开关驱动器数字延迟tdd之和小于通过输入缓冲器的传播延迟tda，则它也可以是负值。因此，孔径延迟规格确定了输入信号相对于采样时钟沿的

5、实际采样时间。孔径延迟时间可以通过如下方法来测量：对ADC应用一个双极性正弦波信号，然后调整同步采样时钟延迟时间，使得ADC的输出为中间电平（对应于正弦波的零交越点），输入采样时钟沿与输入正弦波实际零交越点之间的相对延迟即为孔径延迟时间，如图2所示。+FSANALOGINPUTZEROCROSSINGSINEWAVE0V-FS+te'–te'SAMPLINGCLOCKte'图2：相对于ADC输入测量有效孔径延迟时间Page2of8MT-007孔径延迟不产生误差（假设它比保持时间要短），但会在采样时钟输入或模拟输入（取决于其符号）

6、中起固定延迟作用。然而，在“交错”ADC、同步采样应用或直接I/Q解调中，两个或更多ADC必须精密匹配，不同转换器之间的孔径延迟差异可能会给高压摆率信号带来误差。在这些应用中，必须适当调整采样时钟相对于ADC的相位，从而消除孔径延迟不匹配问题。然而，如果孔径延迟中存在样本间变化（“孔径抖动”），则会产生相应的电压误差，如图3所示。在开关断开的时刻，这种样本间变化称为“孔径不确定性”或“孔径抖动”，通常用均方根皮秒(psrms)来衡量。相应输出误差的幅度与模拟输入的变化速率有关。针对既定的孔径抖动值，孔径抖动误差随着输入dv/dt

7、提高而提高。相位抖动对外部采样时钟（或模拟输入）的影响也是产生同样类型的误差。因此，总抖动量为外部采样时钟抖动与ADC孔径抖动的方和根。dv∆v=∆tANALOGdtINPUTdv=SLOPEv=APERTUREJITTERERROR∆dtRMSNOMINALHELDOUTPUT∆t=APERTUREJITTERRMSHOLDTRACK图3：孔径抖动和采样时钟抖动的影响Page3of8MT-007孔径抖动和采样时钟抖动对ADC信噪比(SNR)的影响通过下面的简单分析，可以预测孔径和采样时钟抖动对理想ADCSNR的影响。假设输入信

8、号由下式给出：。公式1该信号的变化速率由下式给出：。公式2将幅度2πfVO除以可以获得dv/dt的均方根值：。公式3现在令Δvrms=均方根电压误差，Δt=均方根孔径抖动tj，并将这些值代入公式3：。公式4通过公式4求出Δvrms：。公式5满量程输入正弦波的均方