PCB层级中时序交错式超高速ADC解决方案

文章摘要：时脉讯号的线路长度可以经由计算方式精确地得到1/4个时脉周期的相位平移。在FR-4的印刷电路板材料中，讯号可以20cm/ns的速率来传递，即每50ps传递1公分的距离。举例来说，如果到一组类比数位转换器的时脉路径比另一组长3公分以上，那麽将会产生150ps的相位平移。要如何精确地达到额外16.67ps的时间平移将会是要面临到的挑战。ADC083000类比数位转换器具有一个整合型的时脉相位校准功能，这个功能可以让使用者在输入取样时脉中加入一个延迟来平移其相位以便与另外一个类比数位转换器取样时脉建立关联性。类比数位转换器的时脉相位可以经由内建的两组暂存器透过SPI汇流排进行手动校准。其中的相位平移

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　　时脉讯号的线路长度可以经由计算方式精确地得到1/4个时脉周期的相位平移。在FR-4的印刷电路板材料中，讯号可以20cm/ns的速率来传递，即每50ps传递1公分的距离。举例来说，如果到一组类比数位转换器的时脉路径比另一组长3公分以上，那麽将会产生150ps的相位平移。要如何精确地达到额外16.67ps的时间平移将会是要面临到的挑战。

　　ADC083000类比数位转换器具有一个整合型的时脉相位校准功能，这个功能可以让使用者在输入取样时脉中加入一个延迟来平移其相位以便与另外一个类比数位转换器取样时脉建立关联性。类比数位转换器的时脉相位可以经由内建的两组暂存器透过SPI汇流排进行手动校准。其中的相位平移只可能发生在一个方向上来增加延迟现象。设计人员需要来决定这两组分离的类比数位转换器中的哪一组是「在前方的」，并校准其相位使取样边缘与另一组类比数位转换器的取样边缘端间产生90°的角度差。以提供Sub-picosecond等级的校准解析度。

　　通道对通道的增益与偏移量匹配

　　在一个具备双转换器的交错系统中，假设输入讯号在第一Nyquist范围内时，因为通道增益不匹配所产生的错误电压值会造成在FS/2–FIN与FS/4+/-FIN位置上的影像突波。一组8位元的转换器拥有28或256个编码。假使转换器的完整输入范围是1V的峰值对峰值，LSB的大小会等於1V/256=3.9mV的数值。而我们也能精准的计算出对於1/2LSB所需的增益匹配值为0.2%.

　　ADC083000类比数位转换器的输入端完整电压值或增益能用9位元资料值来进行线性及单调的校准。700mVp-p的差异值可校准的范围为±20%,也就是说可校准的范围在560mVp-p到840mVp-p之间。

　　840mV–560mV=280mV

　　29=512steps.280mV/512=546.88uV

　　微调校准的角度可允许超过上述的0.2%增益匹配范围。

　　在相邻通道间的偏移量不匹配会产生一个错误的电压值，这将会造成在FS/2位置上的偏移量突波。由於偏移量突波是发生位於Nyquist带的边缘，因此双通道系统的设计人员通常要规画他们所需的系统频率并将更大的心力着重於增益与相位匹配上。

　　然而，让我们假设所需要的偏移量匹配也等於1/2的LSB基本标准值时，ADC083000类比数位转换器的输入端偏移量能透过线性及单调的校准，在9位元解析度中使0偏移量增加到45mV的偏移量。因此每一组编码位阶都提供了0.176mV的偏移量，同时9位元的解析度可以协助达成1/2LSB基本标准值的精确性。

　　数位输出的同步

　　将两组类比数位转换器的输出资料串进行同步有助於实现混合的取样速度与频宽。换句话说，如果在两个独立的转换器之间发生同步损失的话，那麽我们将无法获得有意义的资料。数以十亿计的取样类比数位转换器「解多工」输出资料来降低数位输出资料的速率。使用者可以依据所采用的FPGA技术对於资料处理的能力来选择用2或4的资料速率来「解多工」。

　　输出撷取时脉（DCLK）也可以被分割并设定为SDR或是DDR模式。然而对於解多工的方案，由於在每一个类比数位转换器的输入取样时脉与输出撷取时脉间的联系，这使得整个系统存在一些不确定的因素，因此设计人员需要考量更多。为了解决这个问题，ADC083000类比数位转换器有能力藉由使用者供应的DCLK_RST脉冲，来精确的重置其取样时脉输入到输出撷取时脉输出之间的关系。这项能力能够让系统中多个类比数位转换器同时拥有各自的输出撷取时脉（以及资料）输出转换，并且可以共同分享输入时脉以便进行取样，同时，这将使得多个类比数位转换器之间的同步可以达成。

　　数位交错技术

　　类比校正法是一种已被证实能传递高动态范围、具备整合能力的解决方案，这个解决方案具备整合性时脉相位、增益与偏移量校准的功能，且已被证明能提供高精确度。

　　除了类比校正技术之外，还有其他几种可行的方法，举例而言像是数位校正演算法也可用来处理交错资料。这几种处理方法都能在不需要任何类比偏移量、增益或是相位校正的前提下，能校正资料转换器中数位不匹配的问题。在理想状态上，这些演算法都不需要对输入讯号做任何校正或是先有基础的观念就能够独立运作。除此之外，在数位偏移量、增益及相位校准所需的时间则是系统最重要的运算因子。

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