在高速信號發生應用中

，帶寬和分辨率是關鍵要求。新型信號發生應用運用高速數模轉換器(DAC)來產生各種不同類型的波形，包括單音直至具數百兆赫茲帶寬、複雜的多通道波形。這些應用要求高速DACzugoukuai，yizaibuxishengmonixingnengdeqiantixiachanshengzhexieboxing。zaihenduoxinhaofashengyingyongzhong，xiangweizaoshenghuixianzhitongdaodeshuliangyijikenengshixiandetongdaojiange。chuantongshang，xiangweizaoshengyouqudongDAC時鍾輸入的時鍾信號引起，不過DAC增加的任何相位噪聲都會出現在輸出頻譜中，並限製可能產生的信號。對任何通用信號發生應用而言，理想DAC的速度應該盡可能快，且噪聲低、線性度高
、附加性相位噪聲非常低。這些性能規格中的任何一項如果缺失，那麼所產生的波形都不足以滿足應用的要求。

帶寬

在任何信號發生應用中，最重要的設計標準都是帶寬。任何設計師都會問到的第一個問題是：需(xu)要(yao)多(duo)大(da)的(de)帶(dai)寬(kuan)來(lai)產(chan)生(sheng)想(xiang)要(yao)的(de)信(xin)號(hao)？對(dui)於(yu)特(te)定(ding)信(xin)令(ling)協(xie)議(yi)或(huo)特(te)定(ding)應(ying)用(yong)，設(she)計(ji)師(shi)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)一(yi)定(ding)大(da)小(xiao)的(de)帶(dai)寬(kuan)。無(wu)論(lun)設(she)計(ji)師(shi)想(xiang)要(yao)實(shi)現(xian)的(de)帶(dai)寬(kuan)有(you)多(duo)大(da)

，DAC的速度都要至少是想要帶寬的2倍。帶寬與采樣率(fs)之間的這種關係是由哈裏-奈奎斯特定義的，描述了信號在采樣係統中的表現。

盡管可以產生帶寬從DC至fs/2的信號
，但是這麼做常常不實際
，因為輸出頻譜中會出現所產生信號的鏡頻信號。鏡頻信號會出現在N×fs±fout(其中，fout是所產生信號的頻率)。實際上，需要重建濾波器來衰減可能出現在輸出頻譜中任何所產生信號的鏡頻信號。即使所產生信號的帶寬沒有延伸到fs/2，但dan接jie近jin於yu它ta
，鏡jing頻pin信xin號hao也ye會hui難nan以yi濾lv除chu。重zhong建jian濾lv波bo器qi是shi用yong真zhen實shi元yuan件jian在zai模mo擬ni域yu實shi現xian。與yu數shu字zi濾lv波bo器qi不bu同tong，這zhe些xie元yuan件jian是shi非fei理li想xiang的de，會hui導dao致zhi具ju紋wen波bo及ji插cha入ru損sun耗hao的de非fei理li想xiang通tong帶dai。一yi般ban而er言yan，這zhe些xie濾lv波bo器qi階jie數shu越yue高gao，產chan生sheng的de紋wen波bo和he插cha入ru損sun耗hao就jiu越yue大da，從cong而er使shi理li想xiang濾lv波bo器qi更geng加jia難nan以yi設she計ji。信xin號hao帶dai寬kuan越yue接jie近jinfs/2
，濾lv波bo器qi階jie數shu就jiu必bi須xu越yue高gao，以yi衰shuai減jian采cai樣yang過guo程cheng中zhong產chan生sheng的de鏡jing頻pin信xin號hao。濾lv波bo器qi階jie數shu越yue高gao，所suo需xu元yuan件jian就jiu越yue多duo，也ye就jiu會hui產chan生sheng更geng大da的de插cha入ru損sun耗hao和he通tong帶dai紋wen波bo。


運用采樣速率較高的DAC會增大可用帶寬，這將降低對濾波器的要求，允許濾波器采用較少的元件，降低複雜性，從而簡化設計，產生更好的結果。LTC2000是一款高性能
、16位、2.5Gsps高速DAC


，具有2.5Gsps采樣率，從而fs/2頻率為1.25GHz。因此
，對於800MHz的信號帶寬
，在1.7GHz處會有一個鏡頻信號。在想要的頻帶和鏡頻信號頻率之間有900MHz。憑借900MHz的保護帶，鏡頻信號可以用簡單的低通濾波器輕鬆濾除。具有較低采樣速率的DAC所產生的鏡頻信號更靠近想要的頻率，因此需要更加嚴格和複雜的濾波器。

要產生帶寬延伸到fs/ 2 的信號，還有另一個問題， 即任何DAC 都存在SINC(sin(x)/x)滾降，隨著頻率升高，這個問題將使所產生的信號衰減。這種滾降在采樣頻率(fs)處有一個零點
，從而不可能產生一個準確出現在采樣頻率上的信號。所產生的信號隻是一個DC電壓。對於實際應用而言，大約60%的奈奎斯特區域(DC至fs/2)沒有很大的SINC衰減
，而可被利用。如果0dB是DC時的信號電平，那麼在60%奈奎斯特頻率處，信號電平會下降6dB。人們常常在數字域實現這種滾降的反向補償
，以糾正所產生信號的自然滾降。這使DAC能夠產生隨頻率變化具恒定幅度的波形。如果使用更高速度的DAC，那麼SINC函數的滾降會隨DAC輸出頻率的升高而減輕。
[page]
相位噪聲

zaixinhaofashengyingyongzhong，lingyigexuyaokaolvdezhongyaoyinsushishuchudexiangweizaosheng。shuchuxinhaozhongchuxiandexiangweizaoshengxianzhixinhaozhijiandejiange，qiekenengxianzhikeyishixiandetiaozhijieshu。zaixinhaofashengguochengzhong
，xiangweizaoshengyueda，suochanshengxinhaodeSNR就(jiu)越(yue)低(di)，其(qi)誤(wu)碼(ma)率(lv)也(ye)就(jiu)越(yue)高(gao)。抖(dou)動(dong)可(ke)用(yong)來(lai)衡(heng)量(liang)信(xin)號(hao)在(zai)時(shi)間(jian)域(yu)的(de)過(guo)零(ling)準(zhun)確(que)度(du)。一(yi)個(ge)完(wan)美(mei)的(de)信(xin)號(hao)會(hui)在(zai)每(mei)個(ge)周(zhou)期(qi)中(zhong)的(de)相(xiang)同(tong)時(shi)點(dian)過(guo)零(ling)。實(shi)際(ji)上(shang)，這(zhe)些(xie)過(guo)零(ling)點(dian)在(zai)時(shi)間(jian)上(shang)會(hui)有(you)一(yi)定(ding)的(de)分(fen)散(san)性(xing)。如(ru)果(guo)這(zhe)種(zhong)分(fen)散(san)性(xing)轉(zhuan)換(huan)到(dao)頻(pin)率(lv)域(yu)
，就(jiu)可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)在(zai)基(ji)音(yin)周(zhou)圍(wei)以(yi)頻(pin)譜(pu)泄(xie)漏(lou)形(xing)式(shi)出(chu)現(xian)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)。如(ru)果(guo)有(you)幾(ji)個(ge)音(yin)調(tiao)相(xiang)互(hu)靠(kao)近(jin)，那(na)麼(me)某(mou)個(ge)音(yin)調(tiao)的(de)SNR可ke能neng因yin其qi相xiang鄰lin音yin調tiao的de頻pin譜pu泄xie漏lou而er劣lie化hua，這zhe會hui使shi信xin號hao誤wu碼ma率lv變bian差cha，降jiang低di所suo產chan生sheng信xin號hao的de準zhun確que度du。通tong過guo降jiang低di在zai所suo產chan生sheng信xin號hao中zhong引yin入ru的de相xiang位wei噪zao聲sheng，可ke以yi避bi免mian這zhe種zhong信xin號hao完wan整zheng性xing損sun失shi。

避(bi)免(mian)給(gei)信(xin)號(hao)發(fa)生(sheng)係(xi)統(tong)引(yin)入(ru)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)的(de)最(zui)簡(jian)單(dan)方(fang)法(fa)
，是(shi)用(yong)一(yi)個(ge)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)極(ji)低(di)的(de)時(shi)鍾(zhong)來(lai)啟(qi)動(dong)。相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)較(jiao)低(di)的(de)時(shi)鍾(zhong)傳(chuan)遞(di)給(gei)所(suo)產(chan)生(sheng)信(xin)號(hao)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)較(jiao)低(di)。還(hai)有(you)一(yi)點(dian)很(hen)重(zhong)要(yao)，加(jia)在(zai)所(suo)產(chan)生(sheng)信(xin)號(hao)上(shang)的(de)時(shi)鍾(zhong)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)的(de)衰(shuai)減(jian)幅(fu)度(du)正(zheng)比(bi)於(yu)所(suo)產(chan)生(sheng)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)與(yu)時(shi)鍾(zhong)采(cai)樣(yang)速(su)率(lv)之(zhi)比(bi)。這(zhe)種(zhong)正(zheng)比(bi)關(guan)係(xi)意(yi)味(wei)著(zhe)，與(yu)通(tong)過(guo)用(yong)高(gao)采(cai)樣(yang)頻(pin)率(lv)時(shi)鍾(zhong)產(chan)生(sheng)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)相(xiang)比(bi)，如(ru)果(guo)用(yong)同(tong)樣(yang)的(de)時(shi)鍾(zhong)產(chan)生(sheng)低(di)頻(pin)信(xin)號(hao)，就(jiu)會(hui)在(zai)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)上(shang)產(chan)生(sheng)較(jiao)小(xiao)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)。如(ru)果(guo)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)頻(pin)譜(pu)很(hen)寬(kuan)，那(na)麼(me)相(xiang)對(dui)於(yu)較(jiao)低(di)頻(pin)率(lv)端(duan)，所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)信(xin)號(hao)在(zai)頻(pin)譜(pu)高(gao)端(duan)會(hui)有(you)更(geng)大(da)的(de)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)。


LTC6946是一款頻率合成器，不用外部VCO就可產生從370MHz直至5.7GHz的信號。該器件具備卓越的相位噪聲性能和非常低的寄生分量，適合作為信號發生應用的時鍾源使用。用LTC6946驅動LTC2000高速DAC時，所產生的相位噪聲足夠低，適合大多數要求嚴苛的信號發生應用。LTC6946含有一個內部VCO，可在便利性和相位噪聲之間做出權衡。如果使用LTC6945和一個外部VCO，還能實現更低的相位噪聲。就LTC6945和LTC6946頻率合成器而言，起主導作用的相位噪聲源是VCO。在產生65MHz輸出音調時，LTC2000在1MHz偏移有-165dBc/rHz附加噪聲。這確保與LTC2000本(ben)身(shen)的(de)附(fu)加(jia)性(xing)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)相(xiang)比(bi)，時(shi)鍾(zhong)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)起(qi)主(zhu)導(dao)作(zuo)用(yong)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)其(qi)他(ta)噪(zao)聲(sheng)導(dao)致(zhi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)劣(lie)化(hua)，在(zai)模(mo)擬(ni)輸(shu)出(chu)電(dian)路(lu)部(bu)分(fen)應(ying)該(gai)注(zhu)意(yi)使(shi)用(yong)恰(qia)當(dang)的(de)布(bu)局(ju)方(fang)法(fa)。

恰當的RF布局

設計印刷電路板時，如果沒有采用恰當的設計及布局規則，那麼使用高性能DAC和時鍾源的好處就會大打折扣。如果沒有恰當的對稱性、旁路和勢壘，所產生的模擬輸出波形就有可能出現誤差，還可能引入噪聲及其他寄生分量。圖1顯示了LTC2000的典型原理圖。就直至500MHz的信號而言，LTC2000的噪聲頻譜密度好於158dBm/rHz，這有助於在很寬的信號頻率範圍內保持很高的信噪比。該器件的無寄生動態範圍(SFDR)直至500MHz均好於74dB
，而對於直至1GHz的輸出頻率而言，SFDR則好於68dB。為了最大限度提高LTC2000的性能，需要進行恰當的布局。DAC的(de)輸(shu)出(chu)應(ying)該(gai)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)差(cha)分(fen)對(dui)來(lai)對(dui)待(dai)，並(bing)盡(jin)可(ke)能(neng)以(yi)對(dui)稱(cheng)的(de)路(lu)徑(jing)傳(chuan)送(song)。輸(shu)出(chu)網(wang)絡(luo)中(zhong)的(de)任(ren)何(he)非(fei)對(dui)稱(cheng)性(xing)都(dou)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)出(chu)現(xian)壓(ya)差(cha)。這(zhe)種(zhong)電(dian)壓(ya)差(cha)將(jiang)導(dao)致(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)，進(jin)而(er)在(zai)輸(shu)出(chu)頻(pin)譜(pu)中(zhong)產(chan)生(sheng)不(bu)想(xiang)要(yao)的(de)失(shi)真(zhen)和(he)噪(zao)聲(sheng)。通(tong)過(guo)使(shi)每(mei)個(ge)輸(shu)出(chu)的(de)傳(chuan)輸(shu)線(xian)實(shi)現(xian)對(dui)稱(cheng)性(xing)
，可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)這(zhe)種(zhong)幹(gan)擾(rao)。

可以通過通孔以及良好的布局保護模擬輸出免受幹擾信號影響。信號發生DAC有3個端口，並帶來了布局挑戰：時鍾輸入
、模(mo)擬(ni)輸(shu)出(chu)和(he)數(shu)據(ju)輸(shu)入(ru)。如(ru)果(guo)數(shu)據(ju)輸(shu)入(ru)走(zou)線(xian)靠(kao)近(jin)輸(shu)出(chu)或(huo)時(shi)鍾(zhong)
，那(na)麼(me)數(shu)據(ju)信(xin)號(hao)會(hui)耦(ou)合(he)到(dao)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)中(zhong)，在(zai)輸(shu)出(chu)頻(pin)譜(pu)中(zhong)引(yin)起(qi)雜(za)散(san)噪(zao)聲(sheng)。類(lei)似(si)地(di)，如(ru)果(guo)時(shi)鍾(zhong)信(xin)號(hao)由(you)於(yu)不(bu)良(liang)布(bu)局(ju)而(er)耦(ou)合(he)到(dao)模(mo)擬(ni)輸(shu)入(ru)中(zhong)，就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)所(suo)產(chan)生(sheng)信(xin)號(hao)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)。設(she)計(ji)電(dian)路(lu)板(ban)時(shi)
，通(tong)過(guo)在(zai)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)、時鍾信號和模擬輸出電路之間設置恰當的勢壘，可以使DAC實現最高性能。恰當的做法是，在不同的層上傳送數字信號、時鍾信號和模擬輸出，以最大限度降低這些信號之間的相互影響。圖2顯示了LTC2000的布局
，同時顯示了怎樣隔離數字信號、時鍾信號和模擬輸出。在該圖中
，數字走線布設在電路板內層上，僅通過通孔連接到LTC2000焊han盤pan。時shi鍾zhong走zou線xian非fei常chang短duan，由you通tong孔kong包bao圍wei以yi隔ge離li信xin號hao，而er且qie不bu會hui布bu設she在zai數shu字zi走zou線xian或huo模mo擬ni輸shu出chu旁pang邊bian。輸shu出chu走zou線xian要yao盡jin可ke能neng對dui稱cheng，並bing由you保bao護hu模mo擬ni輸shu出chu免mian受shou幹gan擾rao信xin號hao影ying響xiang的de勢shi壘lei包bao圍wei。遵zun循xun這zhe些xie布bu局ju指zhi導dao原yuan則ze並bing采cai用yong幹gan淨jing的de采cai樣yang時shi鍾zhong，LTC6946和LTC2000就能產生非常幹淨的波形，滿足要求最嚴苛的信號發生應用的需求。

相關閱讀：

抖動計算基於相位噪聲和時鍾輸入的應用
提供領先相位噪聲性能的4 GHz PLL頻率合成器
實現低相位噪聲及高速頻率切換的共存