如何收敛高速 ADC 时序

更高速的 ADC 在转换器输出和接收机输入之间有严格的时序要求；知道如何利用产品说明书数字来保证无错误数字传输。

最近几年，高速、高精度的模数转换器 (ADC) 变得疾速。在 2006 年，一款业界一流的 12-位转换器才达到 250 兆采样/秒 (MSPS)。而今天，这一速度已经翻了一番，达到了 500 MSPS。14-位和 16-位精度的类似发展趋势也日益明显。这表明，在比特精度不变的条件下，ADC 速度正以几乎每年翻一番的速度发展。采样速率增长的结果是，收敛数字时序来确保您终端系统的数据完整性正变得越来越重要。

要收敛时序，需在 ADC 和数字接收机产品说明书中找到建立时间 (tsu) 和保持时间 (th)。建立时间是接收机时钟沿之前数据必须有效的时间，而保持时间是时钟沿之后 ADC 数据必须有效的时间量（请参见参考文献1）。ADC 的建立时间和保持时间加在一起便决定了时间数据是否有效。这样，长建立时间和保持时间是 ADC 的一种理想状态。

同样，对于数字接收机来说，通过增加建立时间和保持时间，您可以获得规定的数据有效时间。这种情况下，数值越小越好。要收敛时序，ADC数据有效时间应该始终大于接收机的输入要求数据有效时间。

通常情况下，ADC 产品说明书有两套时序数：一套用于输入时钟；另一套用于输出时钟。要知道您的应用使用哪一套，需考虑有多少 ADC 数字总线连接到您的数字接收机。不管您是什么样的应用，收敛时序时请始终使用最小值栏中的值，因为它们代表极端情况。

在一个 ADC 输出总线和一个数字接收机的最简单情况下，数字接收机的默认时钟连接会使用 ADC 时钟输出，有时称作数据准备 (dataready) (DRY）。利用这种设计方法，您可以最大化 ADC 的建立和保持时间。使用参考输出时钟的产品说明书数值。

为什么？简而言之，我们必须了解 ADC 内部的输出缓冲。ADC 输出缓冲的时序随半导体工艺、缓冲电压电平和温度的差异而不同。使用 ADC 的时钟输出时，工艺、电压和温度的差异等同地作用于 ADC 数字和时钟输出。这就避免了时钟和数字输出之间延迟的增加，从而最大化 ADC 建立时间和保持时间。

当一个系统中出现多个 ADC 时，需考虑两种截然不同的情况。第一种情况中，需考虑的状态是：这些 ADC 均安装在同一颗 IC 上，并且每条全数字输出总线仅提供一个时钟输出。（例如，在 ADS62P45 设计里，TI 将两个 ADC 集成到一颗 IC 中。）由于所有 ADC 通道都在同一颗 IC 上，因此工艺 、电压和温度处处都相同。这样，对于最大 ADC 建立时间和保持时间来说，设计人员应该在多个 ADC 数字总线中使用 ADC 的时钟输出来锁闭；假设能够以这种方式来配置接收机。这种情况与前面介绍的情况类似，您可以使用被称为 ADC 产品说明书输出时钟的建立时间和保持时间。

另一种情况中，您有多个连接单时钟接收机的 ADC IC，则您必须使用参考时钟输入的 ADC 时序数。即使您仍然在多个 ADC IC 输出中使用 ADC 时钟输出来锁闭，您也需要使用参考 ADC 时钟输入的时序数来收敛时序。至少，不同 IC 之间的半导体工艺会不同，从而带来更大的延迟，并最小化 ADC 建立时间和保持时间。但是，如果您可以使用器件最小值收敛时序的话，那么您就可以保证接口比特误差不会因时序而出现。

作者简介

Joe Venable 现任 TI 高速数据转换器系统与应用工程经理。在过去的 8 年中，他曾担任过模拟半导体应用与系统的各种职位，主要负责数据转换器、医学和宽带通信。

他毕业于俄亥俄州立大学哥伦布分校 (Ohio State University, Columbus)，获电子工程理学士学位。Joe 撰写了多篇关于模拟的文章和应用手册，并且多次组织并举办了数据转换器研讨会。