ZHCAEZ6 February   2025 LMX1205

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1闪烁噪声、本底噪声和总噪声
    1. 1.1 闪烁噪声
    2. 1.2 本底噪声
    3. 1.3 总噪声
  5. 2得出转换率
    1. 2.1 使用示波器确定转换率
    2. 2.2 根据功率和频率计算转换率
  6. 3转换率对相位噪声的影响
    1. 3.1 输入时钟转换率、固有器件噪声和输出抖动的建模
    2. 3.2 High Slew rate 转换率对闪烁噪声和本底噪声的影响
  7. 4将转换率规则应用于 PLL 合成器
    1. 4.1 PLL 闪烁噪声
    2. 4.2 PLL 品质因数
    3. 4.3 PLL 中转换率对于性能的其他影响方面
    4. 4.4 提高 PLL 转换率以优化性能
  8. 5将转换率规则应用于数据转换器
  9. 6总结
  10. 7参考资料
  11.   附录 A:将转换率、功率和频率相关联
  12.   附录 B:将转换率、频率、抖动和相位噪声相关联
  13.   附录 C:数据转换器公式
    1. 8.1 将采样信号转换率与 SNR 相关联
    2. 8.2 在转换率受限情况下输入功率每降低 1dB SNR 随之降低 1dB 的理由
  14.   附录 D:数据转换器计算示例

High Slew rate 转换率对闪烁噪声和本底噪声的影响

可将固有器件噪声(RMS 电压噪声)视为一个常量,在较高转换率下,由此产生的抖动较低,如以下公式所示:

方程式 6. R M S   J i t t e r   = R M S   V o l t a g e   N o i s e S l e w   R a t e

如果输入缓冲器的噪声占优,并且增加转换率(同时保持频率恒定)可产生明显改善,则称为相位噪声受到转换率限制。在某些时候,来自器件其他部分的相位噪声占优,称为相位噪声不受转换率限制。此时,增加转换率会带来收益递减,例如,转换率加倍时,收益仅为 0.1dB。

表 3-1 展示了闪烁噪声和本底噪声随输出频率和转换率变化的基本趋势。总相位噪声是受转换率限制和不受转换率限制的相位噪声源的总和。有关此表的推导,请参阅节 8

表 3-1 转换率和载波频率对闪烁噪声和本底噪声的影响
噪声类型 受转换率限制 不受转换率限制
闪烁噪声
方程式 7. P N 20 × log f - 20 × log S R
方程式 8. P N 20 × log f
本底噪声
方程式 9. P N 10 × log f - 20 × log S R
方程式 10. P N 10 × log f

对于正弦波或削波正弦波,转换率与频率成正比。将此假定应用于表 3-1 可得出表 3-2。一个观察结果是,当频率较高时,器件往往不受转换率限制,且闪烁噪声随频率增加,增加速度高于本底噪声。因此,在高频率 (>10GHz) 下,闪烁噪声是缓冲器的一项重要考虑因素。

表 3-2 正弦波情况下的闪烁噪声和本底噪声趋势
噪声类型 受转换率限制 不受转换率限制
闪烁噪声
方程式 11. P N = c o n s t a n t
方程式 12. P N 20 × log f
本底噪声
方程式 13. P N - 10 × log f
方程式 14. P N 10 × log f

表 3-3 中的数据取自德州仪器 (TI) LMK00301 中的图表,该图表演示了受转换率限制的本底噪声的行为。正如预测的那样,在保持转换率恒定的同时将频率提高至四倍会使本底噪声降低约 6dB。在保持频率恒定的同时,将转换率加倍会使本底噪声提高 6dB。

表 3-3 LMK00301 本底噪声随转换率和频率的变化
转换率 (V/µs) f = 156.26MHz f = 625MHz
1 -148 -143.5
1.5 -152 -145.5
2 -154.5 -149
2.5 -156 -150.5

图 3-2 给出了一个假设示例,通过假设采用恒定振幅的无噪声正弦波输入时钟,展示了输入缓冲器噪声的一般趋势。闪烁噪声最初相对于时钟频率保持恒定,因为噪声受转换率限制这一事实抵消了频率增加的一般趋势。由于闪烁噪声不受转换率限制,因此在约 100MHz 之后,闪烁噪声会增加。本底噪声在较低频率下受转换率限制,因此随着频率的增加,本底噪声在一段时间内会提高。在 40MHz 左右,转换率足够,本底噪声开始随频率降低。

 闪烁噪声和本底噪声随频率的变化趋势图 3-2 闪烁噪声和本底噪声随频率的变化趋势

图 3-3 显示了摘自德州仪器 (TI) LMX1214 高频分频器缓冲器的本底噪声数据,并展示了本底噪声的一般碗形趋势,类似于图 3-2

 LMX1214 本底噪声趋势与频率间的关系图 3-3 LMX1214 本底噪声趋势与频率间的关系

表 3-4 可以通过假定频率恒定、功率不断变化并利用方程式 5 应用表 3-1 来推导得出。这表明在该情况下,闪烁噪声和本底噪声均以相同方式受到输入功率的影响。图 3-4 以相位噪声下降角度展示了这一点。

表 3-4 假定转换率与频率成正比时的闪烁噪声和本底噪声
噪声类型 受转换率限制 不受转换率限制
闪烁噪声
方程式 15. P N - p
方程式 16. P N =   c o n s t a n t
本底噪声
方程式 17. P N - p
方程式 18. P N =   c o n s t a n t
 相位噪声下降随转换率的变化图 3-4 相位噪声下降随转换率的变化