孔徑抖動對ADC信噪比的影響

一、什么是ADC的孔徑延遲、它對ADC性能是否造成影響？

孔徑延遲，英文釋義為Aperture delay，是由于采樣保持開關(guān)關(guān)斷需要一定時間，相當于在采樣時鐘上引入一個小延遲，使得采集的信號為實際信號的延遲版本，因此，若孔徑延遲是固定常數(shù)，則它并不產(chǎn)生誤差，只會在時鐘輸入或模擬輸入中起固定延遲的作用。

但若是兩個AD轉(zhuǎn)換器同步采樣應(yīng)用，由于不同AD轉(zhuǎn)換器的孔徑延遲是有差異的，可能給高擺率的信號帶來誤差，那么兩個AD轉(zhuǎn)換器必須精密匹配，必須適當調(diào)整采樣時鐘相對ADC的相位，從而消除孔徑延遲不匹配問題。

二、什么是ADC的孔徑抖動，它與孔徑延遲一樣嗎？

前文我們理解了孔徑延遲，若其存在樣本間變化（即，不同的輸入信號帶來不同的孔徑延遲），則會產(chǎn)生電壓誤差，在開關(guān)斷開時刻，這種樣本間變化稱為孔徑抖動，英文釋義為Aperture jitter，或叫孔徑不確定性英文釋義為Aperture uncertainty，如下圖所示，從而帶來孔徑抖動誤差（Aperture jitter error），用均方根皮秒（ps rms）來衡量。

圖1 孔徑抖動

三、孔徑抖動對ADC信噪比的影響

下面僅單獨考慮孔徑抖動對ADC信噪比的影響。

假定對n位的ADC輸入頻率為f的滿幅度正弦信號，表示為下式：

V（t）=V0*sin（2πft）

由于時鐘抖動引起的SNR可以簡述為下式：

SNRj=-20log2πftj

tj表示抖動時間的均方根。

可見，SNR隨輸入信號的頻率減小，但與輸入信號的幅度無關(guān)，可以簡單計算一下，一個輸入信號頻率為f=24M的ADC，它的抖動時間造成SNR降低情況如下：

tj=0.5ps，SNRj=82.45dB

tj=1ps，SNRj=76.43dB

tj=3.48ps，SNRj=65.6dB

tj=5ps，SNRj=62.45dB

可以發(fā)現(xiàn)，SNR隨孔徑抖動時間增加下降很快，可知其帶來的影響非常嚴重，尤其是在高速ADC應(yīng)用中，其帶來的信噪比衰減更快。