ADC时钟极性与启动时间

Doug Ito ADI公司产品应用工程师

根据定义,高速模数转换器(ADC)是对模拟信号进行采样的器件,因此必定有采样时钟输入。某些使用ADC的系统设计师观测到,从初始施加采样时钟的时间算起,启动要比预期慢。出人意料的是,造成此延迟的原因常常是外部施加的ADC采样时钟的启动极性错误。

许多高速ADC的采样时钟输入具有如下特性:

* 差分
* 内部偏置到设定的输入共模电压(VCM)
* 针对交流耦合时钟源而设计

本讨论适用于时钟缓冲器具有上述特性的转换器。差分ADC时钟输入缓冲器常常有一个设计好的切换阈值偏移。如果没有这种偏移,切换阈值将发生在0 V差分。如果无偏移的时钟缓冲器被解除驱动且交流耦合,则器件内部会将时钟输入(CLK+和CLK−)拉至共模电压。这种情况下,CLK+上的直流电压和CLK−上的电压将相同,意味着差分电压等于0 V。

在理想世界里,若输入上无信号,则时钟缓冲器不会切换。但在现实世界里,电子系统中总是存在一些噪声。在输入切换阈值为0 V的假想情况中,输入上的任何噪声都会跨过时钟缓冲器的切换阈值,引发意外切换。

若将足够大的输入切换阈值偏移设计到时钟缓冲器中,则同样的情况不会引发切换。因此,为交流耦合差分时钟缓冲器的切换阈值设计一个偏移是有利的,故而时钟缓冲器常常有一个切换阈值偏移。

不施加时钟时,时钟缓冲器中的内部偏置电路将CLK+和CLK−各自拉至相同的VCM。初始施加时钟时,CLK+和CLK−将偏离先前确立的VCM,分别向正方向和负方向(或负方向和正方向)摆动。在图1中,VCM = 0.9 V。

图1显示在器件处于非活动状态(要么初始启动系统,要么时钟驱动器在一段时间内处于非活动状态)之后施加时钟的情况。这种情况下,CLK+在第一个边沿向正方向摆动,CLK−向负方向摆动。若在输入切换阈值上增加一个正偏移,此时钟信号将在第一个边沿切换时钟缓冲器,如图1所示。时钟输入缓冲器将立即产生一个时钟信号。

启动情况:CLK+在第一个边沿向正方向摆动,CLK−向负方向摆动

图1. 启动情况:CLK+在第一个边沿向正方向摆动,CLK−向负方向摆动。

如果时钟偶然从相反极性启动,则CLK−在第一个边沿向正方向摆动,CLK+向负方向摆动。在给输入切换阈值增加相同正偏移的情况下,此时钟信号在第一个边沿及随后的边沿都不会切换时钟缓冲器,直至波形被拉向稳态,随着时间推移而跨过切换阈值,如图2所示。

启动情况:CLK+在第一个边沿向负方向摆动,CLK−向正方向摆动

图2. 启动情况:CLK+在第一个边沿向负方向摆动,CLK−向正方向摆动

可以看出,初始启动时钟的极性对带有输入阈值偏移的时钟缓冲器的切换具有重要影响。在其中一种情况下(本例中CLK+初始上升),当初始施加时钟时,时钟缓冲器立即开始切换,完全符合预期。在极性相反的情况下(本例中CLK+初始下降),当初始施加时钟时,时钟缓冲器不会立即开始切换。

如果您发现ADC启动有意外的延迟,请尝试改变时钟启动极性,这可能会使启动时间恢复正常。

作者简介

Doug Ito [Douglas.Ito@analog.com]是ADI公司位于美国加利福尼亚州圣迭戈的高速ADC团队的应用工程师。他拥有圣迭戈州立大学电气工程学士学位。Doug是ADI公司技术支持论坛EngineerZone®高速ADC支持社区的成员。

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