电子科技大学：《高速数据采集及处理技术 High Speed Data Acquisition and Processing》课程教学资源（课件讲稿）第3章 采样时钟电路

电子科皮女学 University of Electrsic Science and Technology China 高速数据采集及 实时处理技术 第三章-2采样时钟电路

第三章-2 采样时钟电路 高速数据采集及 实时处理技术

第三章-2采样时钟电路 主要内容： >3.5采样时钟与采样精度的关系 >3.6采样时钟产生的基本原理 >3.7低抖动采样时钟设计

主要内容：  3.5 采样时钟与采样精度的关系  3.6 采样时钟产生的基本原理  3.7 低抖动采样时钟设计 第三章-2 采样时钟电路

3.5采样时钟与采样精度的关系 >采样时钟的重要性： 是采样系统的时间刻度，其性能直接决定着采样 精度。 >小节内容： 从时钟抖动的定义入手，分析时钟抖动与相位之 间的转换关系，然后阐明时钟抖动对ADC的影响， 为高精度采集系统的时钟电路设计提供理论依据

 采样时钟的重要性： 是采样系统的时间刻度，其性能直接决定着采样 精度。  小节内容： 从时钟抖动的定义入手，分析时钟抖动与相位之 间的转换关系，然后阐明时钟抖动对ADC的影响， 为高精度采集系统的时钟电路设计提供理论依据。 3.5 采样时钟与采样精度的关系

3.5采样时钟与采样精度的关系 3.5.1时钟性能-抖动 >抖动是时钟定时边沿偏离了它们的正确位置的短时变化。 >工程上，抖动是由于时钟发生模块引入了噪声而产生的时钟 短期不稳定性的表征，体现在时域上是一种随机波动，其特 性表现为时钟信号波形偏离其理想位置的短时瞬态变化。 时间 √抖动将会直接影响 采样系统的性能。 实际边沿1，理想边沿T 相位差Φn=T,-tn

3.5 采样时钟与采样精度的关系 3.5.1 时钟性能-抖动  抖动是时钟定时边沿偏离了它们的正确位置的短时变化。  工程上，抖动是由于时钟发生模块引入了噪声而产生的时钟 短期不稳定性的表征，体现在时域上是一种随机波动，其特 性表现为时钟信号波形偏离其理想位置的短时瞬态变化。 相位差    n n n T t  抖动将会直接影响 采样系统的性能

3.5采样时钟与采样精度的关系 3.5.1时钟性能-抖动 1)抖动的分类 >抖动的成分：确定的、不确定的 >具体分类： Jitterrms 随机抖动：近似高斯分布，PDF无边界的，用均方根来量化 由大量具有微小量级影响的因素不断累积形成的，主要是由热噪 声引起的，还包含了散粒噪声和半导体加工技术的影响等等。 确定性抖动：PDF有界的，用峰峰值来量化Jitterp-p 由电路中确定的抖动源引起的，具有可重复性和可测性。 >总体抖动的概率密度函数是随机性抖动和确定性抖动的卷积。 总抖动也是无边界的

3.5 采样时钟与采样精度的关系 3.5.1 时钟性能-抖动 1）抖动的分类  抖动的成分：确定的、不确定的  具体分类： 随机抖动：近似高斯分布，PDF无边界的，用均方根来量化 由大量具有微小量级影响的因素不断累积形成的，主要是由热噪 声引起的，还包含了散粒噪声和半导体加工技术的影响等等。 确定性抖动：PDF有界的，用峰峰值来量化 由电路中确定的抖动源引起的，具有可重复性和可测性。  总体抖动的概率密度函数是随机性抖动和确定性抖动的卷积。 总抖动也是无边界的 p p Jitter  rms Jitter

3.5采样时钟与采样精度的关系 3.5.1时钟性能-抖动 1)抖动的分类 >抖动的成分：确定的、不确定的 Jitter Deterministic Jitter Random Jitter (DJ) (RJ) Data Dependent Jitter Periodic Jitter Gaussian Jitter Multiple Gaussian Jitter (DDJ) P (GJ) (MGJ) Bounded Uncorrelated Jitter (BUJ)

3.5 采样时钟与采样精度的关系 3.5.1 时钟性能-抖动 1）抖动的分类  抖动的成分：确定的、不确定的

3.5采样时钟与采样精度的关系 3.5.1时钟性能-抖动 2)采集系统中的时钟抖动 ∑Jiter 总周期抖动RMS:J。=1 i=l >时钟非理想性： 周期抖动PJ(Period Jitter) Jitterp =tn-tn-1-T=P2-T 周期间抖动CCJ（Cycle-.Cycle Jitter) Jitterec P3-P2 时间间隔误差TE(Time Interval Error)Jitter,=tn-nT (n-2)T (n-1)T nT (n+1)T TIE1 TIE2 TIE3 P1 理想边沿

3.5 采样时钟与采样精度的关系 3.5.1 时钟性能-抖动 2）采集系统中的时钟抖动  时钟非理想性： 周期抖动PJ（Period Jitter） 周期间抖动CCJ（Cycle-Cycle Jitter） 时间间隔误差TIE（Time Interval Error） 1 2 p n n Jitter t t T P T       3 2 cc Jitter P P   t n Jitter t nT   2 1 n p i p Jitter J n    总周期抖动RMS：

3.5采样时钟与采样精度的关系 3.5.1时钟性能-抖动 2)采集系统中的时钟抖动：双狄拉克模型 -Dirac functions- convolve Gaussian time(ps or UD) dual-Dirac PDF Tj=a(BER)*Rj+Dj(66) (1) Dj66)→

3.5 采样时钟与采样精度的关系 3.5.1 时钟性能-抖动 2）采集系统中的时钟抖动：双狄拉克模型

3.5采样时钟与采样精度的关系 3.5.2时钟抖动与相位噪声 >抖动和相位噪声都是时钟短期不稳定性的表征，这种不稳定 在时域内用时钟抖动表征，在频域内用相位噪声表征。 >相位噪声是对信号在频域变化的一种测量方式，表征时钟信 号频率的稳定度。 相位噪声定义：是指偏离载波频率（f-c)处1Hz带宽内噪声 功率与载波信号总功率的比值 1Hz带宽内相位噪声功率 L() dBc/Ha 载波总功率 时域的均方根抖动和频域的相位噪声存在确定的关系，可以由 频域的相位噪声曲线计算得到

3.5 采样时钟与采样精度的关系 3.5.2 时钟抖动与相位噪声  抖动和相位噪声都是时钟短期不稳定性的表征，这种不稳定 在时域内用时钟抖动表征，在频域内用相位噪声表征。  相位噪声是对信号在频域变化的一种测量方式，表征时钟信 号频率的稳定度。 1Hz L f dBc Hz ( ) /  带宽内相位噪声功率 载波总功率 相位噪声定义：是指偏离载波频率（f-fc）处 1Hz 带宽内噪声 功率与载波信号总功率的比值 时域的均方根抖动和频域的相位噪声存在确定的关系，可以由 频域的相位噪声曲线计算得到

3.5采样时钟与采样精度的关系 3.5.2时钟抖动与相位噪声 >相位噪声 1Hz带宽内相位噪声功率 L(f)= dBc Hz 载波总功率 S(f)为时钟功率谱 相位噪声谱L(f-f)=10log[S.(f)/S.(f)】 S(f)为载波功率谱 由于方波信号与其基频正弦波信号的 抖动特性基本一致，故研究具有相位 Lf-f） Sc(f) 噪声的正弦波信号就可以简化对时钟 抖动的分析。 正弦波时钟信号 C(t)=Asin(2πft+e(t) 时钟信号的功率谱密度 抖动Jitter= θ(t) 2 2πf

3.5 采样时钟与采样精度的关系 3.5.2 时钟抖动与相位噪声  相位噪声 1Hz L f dBc Hz ( ) /  带宽内相位噪声功率 载波总功率 ( - ) 10log[ ( ) / ( )] L f f S f S f c c c c  时钟信号的功率谱密度 正弦波时钟信号   sin(2 ( )) C t A f t t     c 抖动 ( ) ( ) 2 2 c c t t Jitter T f       相位噪声谱 由于方波信号与其基频正弦波信号的 抖动特性基本一致，故研究具有相位 噪声的正弦波信号就可以简化对时钟 抖动的分析。 ( ) c S f 为时钟功率谱 ( ) c c S f 为载波功率谱