孔径抖动对ADC信噪比的影响

一、什么是ADC的孔径延迟、它对ADC性能是否造成影响？

孔径延迟，英文释义为Aperture delay，是由于采样保持开关关断需要一定时间，相当于在采样时钟上引入一个小延迟，使得采集的信号为实际信号的延迟版本，因此，若孔径延迟是固定常数，则它并不产生误差，只会在时钟输入或模拟输入中起固定延迟的作用。

但若是两个AD转换器同步采样应用，由于不同AD转换器的孔径延迟是有差异的，可能给高摆率的信号带来误差，那么两个AD转换器必须精密匹配，必须适当调整采样时钟相对ADC的相位，从而消除孔径延迟不匹配问题。

二、什么是ADC的孔径抖动，它与孔径延迟一样吗？

前文我们理解了孔径延迟，若其存在样本间变化（即，不同的输入信号带来不同的孔径延迟），则会产生电压误差，在开关断开时刻，这种样本间变化称为孔径抖动，英文释义为Aperture jitter，或叫孔径不确定性英文释义为Aperture uncertainty，如下图所示，从而带来孔径抖动误差（Aperture jitter error），用均方根皮秒（ps rms）来衡量。

图1 孔径抖动

三、孔径抖动对ADC信噪比的影响

下面仅单独考虑孔径抖动对ADC信噪比的影响。

假定对n位的ADC输入频率为f的满幅度正弦信号，表示为下式：

V（t）=V0*sin（2πft）

由于时钟抖动引起的SNR可以简述为下式：

SNRj=-20log2πftj

tj表示抖动时间的均方根。

可见，SNR随输入信号的频率减小，但与输入信号的幅度无关，可以简单计算一下，一个输入信号频率为f=24M的ADC，它的抖动时间造成SNR降低情况如下：

tj=0.5ps，SNRj=82.45dB

tj=1ps，SNRj=76.43dB

tj=3.48ps，SNRj=65.6dB

tj=5ps，SNRj=62.45dB

可以发现，SNR随孔径抖动时间增加下降很快，可知其带来的影响非常严重，尤其是在高速ADC应用中，其带来的信噪比衰减更快。