最近我收到客戶詢問以上這個問題,而且很快地就將其解決了。下面的FFT結果展示了這位設計工程師的問題:

20191114_ADI_TA71P1

圖1:AD9684 ADC採樣的正常和異常FFT結果,採樣條件:500 MSPS,170.3 MHz,AIN=–1 dBFS。

根據客戶的報告,這些FFT結果不僅看起來非常離奇,而且還很不一致。這種狀態也符合我對該問題的最初猜測:因為時脈源被關閉或沒有連接時脈源,轉換器的輸入採樣時脈接收器自身發生振盪。如果連接時脈的電纜不連續或訊號路徑中的元件不太可靠,也有可能出現該狀態。我在前面曾經提到,這個問題很快就得到了解決,因為類似的結果我已見過許多次。在此工作條件下,你還可能會見到其他FFT結果,如圖2所示:

20191114_ADI_TA71P2

圖2:不穩定時脈振盪的採樣FFT結果。

幾乎在所有應用中,你都需要採樣時脈輸入為單頻訊號。觀察頻域部分可以發現,因相位或熱雜訊、頻率不穩或無用頻率成分而引起的任何變化,都會導致採樣時脈和類比輸入訊號之間的預期關係失常。但造成這種情況的罪魁禍首是什麼呢?

高速ADC的採樣時脈輸入通常是具有相同共模偏置的差分輸入,並且接收器具有很高的增益。因此,若沒有施加差分訊號,則這些輸入都處於相同的偏置電壓下,任何非共模雜訊都會導致採樣時脈接收器發生振盪。在此情況下,產生的振盪將不是單純的頻率(如果是,則屬於一種較理想的特性)。該頻率將會隨機變化。當採樣時脈頻率隨機變化時,類比輸入的能量將分佈於奈奎斯特頻寬頻域。

大多數情況下,你只需認識到這一點,並恢復預期時脈參考訊號,即可繼續測試。但是,如果你想要驗證這個問題,請觀察ADC的數據時脈輸出(DCO)──請注意該方法不適用於JESD204B的輸出。此訊號通常是ADC採樣時脈的一個延遲版、或是採樣時脈的分頻版──如果你運用了任何可以提取數據率的數位特性。對於圖1中的正常和異常FFT結果,相對應的數據時脈輸出如圖3所示。

20191114_ADI_TA71P3

圖3:圖1所示兩種FFT情況對應的ADC數據時脈輸出。

從這裡可以看到,其週期是變化的,這與我們預料的情況一致。當然,我明白為什麼你在第一次(甚至是最初幾次)碰到這種問題時沒有認識到此原因。因為從面板數值來看,試驗台似乎是正常運作的,而測試結果卻突然混亂。那麼,是ADC壞了?還是數據採集發生了混淆?或是軟體已損壞了呢?答案都不是,事實上只是因為缺少一個訊號源而已。