图4. 四级时钟树的紧凑型解决方案
测试结果
图5显示了所有输出之间的偏斜。黄线和青线信号是脉冲SYSREF信号和第4级输出的连续时钟信号,它们无需额外的延迟调节即可同步。蓝线信号是HMC7044的连续SYSREF信号,它通过模拟延迟功能与第4级输出同步。本例中的总偏斜低于16 ps。
图5. 四级输出的时间域响应
四级时钟树的相位噪声性能如图6所示。时钟发生器的相位噪声同样以浅蓝色线表示。总相位噪声在高达2 MHz失调范围内无下降。给定每一级的加性噪声(加性抖动),则噪底性能不可避免地会下降,且在图中的这一部分可以看出噪声增加了6 dB。HMC7044和HMC7043具有相同的输出噪底(约为–154 dBc/Hz),并且全部四个器件的噪声下降至–148 dBc/Hz,这对于大多数系统而言仍然可以接受。
图6. 四级输出的时间域响应
2457.6 MHz时,12 kHz到20 MHz的积分噪声计算得到52.7 fs抖动rms,相对于HMC7044输出仅下降了数fs rms。在几乎所有的实际系统中,这种性能下降是可以忍受的;但是如果不能接受的话,那么最终级可以用HMC7044来代替(而不是HMC7043),它可以衰减时钟树本身的一切累积抖动。
如前所述,在大量使用数据转换器的系统中,功耗是最关键的问题之一。影响这类时钟树功耗的一个重要因素是使用的信号类型。HMC7044和HMC7043的输出信号模式可以通过软件控制单独更改,从而提供了功耗与驱动强度及频率之间的权衡选择。原则上,低频时可以使用低功耗LVDS,而高频时使用LVPECL和CML可以实现最佳性能。
结论
本文中的讨论适用于采用分布式大型数据转换器阵列的各种不同系统,范围涉及无线基础设施、军用雷达以及测试与测量系统。最近5G通信系统提出的更高频率和带宽调制方案的基础是多RF输入/输出接口的当前趋势,需要更多的数据转换通道。此外,在某些最新的5G架构方案中,相位阵列天线出现的频率很高,它是降低功耗、提升输出容量的一种途径。
相位阵列技术广泛用于军事通信系统中,这项技术不仅需要大量时钟,还需要对这些时钟进行精确同步。
大型数据转换器阵列的另一个重要使用场景是测试与测量系统,这类系统要求以高采样速率捕获大量数据、引入的噪声尽可能低,并要求同步处理。这些系统同样需要大量的同步时钟。类似地,在高级医疗成像系统中,数据处理吞吐速率非常高,且要求并行数据采集路径能同步操作。