高清世界时钟所面临的挑战(上)

—— 基本概念

作者：美国国家半导体 John Johnson,Jim Catt时间：2007-12-30来源：电子产品世界收藏

　　引言

　　人类是自然界富于感觉的创造物，我们根据自己的所见、所听、所闻、所感以及所品尝到的去学习、理解和享受周围的世界。因而，当提到电子设备的创新时，能够让我们的感觉产生反应的那一部分设计，大多依赖于高性能模拟信号路径技术。在增强对于电子的感觉和反应的模拟信号路径中，最能引起兴趣的一个例子是从模拟到数字以及从数字到模拟的转换。

　　数据转换器(ADC/DAC)是电子系统创新的主要领域。虽然不久前，架构方式还仅仅限定于研究论文中或者够经济因素而不可行，但是现在，糸统设计者已经可以实现架构方式。采用高性能数据转换器的系统中最重要的设计挑战之一是如何实现时钟产生模块的输入信号采样。通常， “受限于时钟”设计者需要依靠非常昂贵的时钟生成器才能将系统提升到可接受的性能水平之上。

　　本文分为两大部分：第一部分主要为那些需要实现高性能数据转换的设计者提供了基本的工具，并特别强调时钟特性对于数据转换性能的重要性。首先，文章讨论了一些时钟性能的基本概念。其次，文章将“剖析”计时器件。最后，阐明设计专门面向应用的计时器件性能的方法。第二部分将以第一部分的论述为基础，探讨设计者在系统级上必须把握的关键折衷处理。

　　精密时钟及通信

　　现在是消费者赶上多媒体世界的大好时机。在一定程度上，我们要感谢高性能模拟技术的作用。多媒体内容全部组合在一个数据包之内，然后发送到由通信基础设施所传输的数据流之中。这些数据流要求设备具有较大的带宽以便能够提供给高清电视、个人视频播放器和移动电话，而在数据聚集的情况下，这一点尤其重要。在宏观的水平上，这种基础设施(生成端/访问网络与内核以及骨干传送)要求一个有精密时钟的复杂网络，这样才能根据需求可靠的传送数据包。在传输过程中，数据内容通过高性能数据转换器进行模拟/数字分配。通过上述的基础设施数据被传输给消费者，并通过另外一个数据转换器将其转换为原始的高清信号。无论采用有线或无线传输媒体，精密时钟在决定系统性能方面都起到了举足轻重的作用。然而，精密时钟的应用并不局限于传递多媒体数据方面。事实上，在任何进行大量数据传输的应用中，都可以发现低噪声、高精度时钟的踪影。

　　从时域的角度来看信号采样

　　图1(b)显示出采用非对称梯形脉冲形式的输入波形(Vin)。如果使用一个无噪声时钟的完美数据转换器来量化Vin，则图1(a)显示出其输入波形的表现形式。同时，图1(b)上的黑点即为所需的采样点。图1(a)上面的线显示出这些点的位置变换情况。这些点形成了波形的无失真版本。图1(b) 中也显示出了阴影区域，它表示假设采样时钟具有噪声(抖动)成分时，采样时钟脉冲边沿产生的一系列可能时间范围。不定的采样区域以红点表示。这些点都位于可能的时钟脉冲边沿的范围之内，但并不位于阴影区域的中心。图1(c)显示出不定的采样范围。在Y轴上记录的每个值都是Vin 在(不定的)采样点上的幅度。由於数据接受系统不了解时钟噪声或者对其进行补偿的任何方式，在X轴上每个对应的值为适时的“完美”采样点。