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ADC也会精神错乱?

2019-12-06 David Buchanan,ADI高速转换器产品线资深应用工程师 阅读:
当采用ADC来进行测试时,一开始非常顺利,但后来,却突然得到一些奇怪的FFT结果。这究竟是怎么回事呢?

问:当我采用你们的ADC来进行测试时,一开始非常顺利,但后来,却突然得到一些奇怪的FFT结果。这究竟是怎么回事呢?Rfhednc

最近我收到客户询问以上这个问题,而且很快地就将其解决了。下面的FFT结果展示了这位设计工程师的问题:Rfhednc

20191114_ADI_TA71P1Rfhednc

图1:AD9684 ADC采样的正常和异常FFT结果,采样条件:500 MSPS,170.3 MHz,AIN=–1 dBFS。Rfhednc

根据客户的报告,这些FFT结果不仅看起来非常离奇,而且还很不一致。这种状态也符合我对该问题的最初猜测:因为频率源被关闭或没有连接频率源,转换器的输入采样频率接收器自身发生振荡。如果连接频率的电缆不连续或讯号路径中的组件不太可靠,也有可能出现该状态。我在前面曾经提到,这个问题很快就得到了解决,因为类似的结果我已见过许多次。在此工作条件下,你还可能会见到其他FFT结果,如图2所示:Rfhednc

 Rfhednc

20191114_ADI_TA71P2Rfhednc

图2:不稳定频率振荡的采样FFT结果。Rfhednc

几乎在所有应用中,你都需要采样频率输入为单频讯号。观察频域部分可以发现,因相位或热噪声、频率不稳或无用频率成分而引起的任何变化,都会导致采样频率和模拟输入讯号之间的预期关系失常。但造成这种情况的罪魁祸首是什么呢?Rfhednc

高速ADC的采样频率输入通常是具有相同共模偏置的差分输入,并且接收器具有很高的增益。因此,若没有施加差分讯号,则这些输入都处于相同的偏置电压下,任何非共模噪声都会导致采样频率接收器发生振荡。在此情况下,产生的振荡将不是单纯的频率(如果是,则属于一种较理想的特性)。该频率将会随机变化。当采样频率频率随机变化时,模拟输入的能量将分布于奈奎斯特带宽频域。Rfhednc

大多数情况下,你只需认识到这一点,并恢复预期频率参考讯号,即可继续测试。但是,如果你想要验证这个问题,请观察ADC的数据频率输出(DCO)──请注意该方法不适用于JESD204B的输出。此讯号通常是ADC采样频率的一个延迟版、或是采样频率的分频版──如果你运用了任何可以提取数据率的数字特性。对于图1中的正常和异常FFT结果,相对应的数据频率输出如图3所示。Rfhednc

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图3:图1所示两种FFT情况对应的ADC数据频率输出。Rfhednc

从这里可以看到,其周期是变化的,这与我们预料的情况一致。当然,我明白为什么你在第一次(甚至是最初几次)碰到这种问题时没有认识到此原因。因为从面板数值来看,试验台似乎是正常运作的,而测试结果却突然混乱。那么,是ADC坏了?还是数据采集发生了混淆?或是软件已损坏了呢?答案都不是,事实上只是因为缺少一个讯号源而已。Rfhednc

 Rfhednc

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