高速ADC中的时钟抖动影响与优化策略

本文主要探讨了时钟抖动在全并行ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）中的影响及其对输入偏差概率分布的影响。ADC作为数字信号处理系统的关键组件，随着数字信号处理技术的进步和高速数据处理需求的增长，对ADC的性能提出了更高的要求，特别是对于超高速ADC的设计尤为重要。 在全并行ADC的设计中，章节3.3.3集中研究了时钟抖动对编码误差的影响。每个比较器都依赖于同步时钟，如果时钟存在抖动，根据正态分布模型（通常用σ表示标准偏差），当输入信号频率增加时，由于时钟抖动引起的输入信号偏差也随之增大，可能导致火花码的产生。作者通过实例计算，如当采样频率为1GHz，抖动概率p为0.001，时钟抖动导致的偏差分布被可视化为图3-16，显示了不同偏差概率的分布情况。 作者分析了一阶到四阶火花码的概率，得出结论，低阶火花码的概率较高，如一阶火花码的概率为8.5%，二阶为0.92%，三阶为0.02%，而四阶以上的火花码概率几乎为零。这种概率分布对于量化总误差有着显著影响，量化误差与编码方式（如二进制编码和格雷码编码）的选择相关。在量化总误差对比中，二进制编码的加权量化误差相对较小，但在增加量化位数时，其优势可能会因总误差的增加而减弱。 编码电路是另一个关键部分，文中特别比较了二进制编码和格雷码编码在误差、功耗和规模方面的优缺点。为了实现高速编码，作者提出了一种二进制分段编码与逻辑转换相结合的电路设计，这种设计利用分段编码技术可以减少寄生参数对高速编码性能的影响，使得在超高速条件下，二进制编码仍然保持其优势。 此外，文章还涉及了分压电阻网络、高速采样保持电路以及火花码消除技术的研究。通过这些技术优化，可以进一步提高ADC的整体性能，特别是在时钟驱动电路中，作者提出了一种单相传输、双相输出的可调双相时钟树电路，有效解决了工艺偏差和单相传输引起的占空比失真问题，从而为高速时钟驱动提供了解决方案。 本文深入剖析了时钟抖动在超高速ADC中的影响，并针对关键电路如比较器、编码电路和时钟驱动电路进行了优化设计，为高性能ADC的设计提供了理论依据和技术指导。