图6. AD9652的输出频谱,时钟为 fs=310 MHz,采用fIN ~70 MHz的正弦输入。此时,未施加通道校准和随机化。2次(HD2)和混叠3次(HD3)谐波分别在大约140 MHz和100 MHz处可见。交错(IL)杂散同样可见。这些是直流、fs/2(图中的OS2)以及fs/4(图中的OS4)处的失调音。另外,增益(时序)杂散可见于fs /2-fIN(图中的GS2)、fs /4+fIN(图中的GS4+)以及fs /4- fIN(图中的GS4-)。此图中的SNR查询人为变差了,因为部分杂散成分和噪声功率混在了一起。
然而,如果同样的 ADC 经过前景校准以便减少通道失配,那么交错杂散功率将会大幅下降,如图7所示。与上例中的情况类似,通道谐波失真不受影响,但通过通道失配校准大幅降低了交错杂散功率。
图7. 同一个AD9652的输出频谱,采用同样的输入,但经过校准后四个通道减少了失配。与图6相比,虽然2次和3次谐波未受影响,但交错杂散的功率大幅下降,并且SFDR改善了30 dB,即从57 dBc到87 dBc。
最后,图7中的频谱纯度可得到进一步改善,方法是使通道顺序随机化,如图8所示。此时,随机化使用专利技术,对四个通道的顺序进行间歇性加扰无需通过另一个(第五个)通道来达成,从而省下了与此相关的功耗。如图8所示,经过随机化之后,结果频谱中仅有常规谐波失真。
图8. 上例开启交错顺序随机化之后的输出频谱。随机化残留交错杂散可将它们的功率扩散到噪底中,相应的尖峰便消失了。可以看到的仅有常规谐波失真。SNR几乎未受影响,因为来自交错音并扩散的杂散功率经过失配校准后可以忽略。
结论
时间交错是增加数据转换器带宽的强大技术,在失配校准方面,以及通过随机化技术消除残留杂散成分方面的发展已经能够实现完全集成、极高速 12/14/16 位交错 ADC。
在输入信号受频带限制的情况下(比如很多通信应用),乒乓(双路)交错方法可通过频率规划将干扰交错杂散分配到远离目标输入频段的位置。然后便可以数字手段过滤杂散成分。虽然这种方法相比工作在 IL 采样速率一半的非交错式 ADC 获得同样的无杂散输入带宽所需的功耗要高出几乎一倍,但它不仅可以通过处理增益提高动态范围 3 dB,而且还能降低抗混叠的滚降,并修平 ADC 前的滤波器——因为 IL 采样速率高。
若需要用到 IL 转换器的全部输入频带才能捕捉宽带输入信号,那么可以采用更高次的交错转换器。这种情况下,校准和随机置乱可实现交错失真和杂散成分的补偿和消除。