模数转换器即A/D转换器，或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。一般来说，AD比DA贵，尤其是高速的AD,因为在某些特殊场合，如导弹的摄像头部分要求有高速的转换能力。一般那样AD要上千美元。还有通过AD的并联可以提高AD的转换效率，多个AD同时处理数据，能满足处理器的数字信号需求了。

电路功能与优势

本电路利用ADF4002频率合成器产生极低抖动编码（采样）时钟，以控制模数转换器AD9215的采样。编码时钟上的抖动会降低总信噪比（SNR），二者的关系如下式所示：

其中f为满量程模拟输入频率，tj为均方根抖动。公式1中的"SNR"是仅由时钟抖动决定的SNR,与ADC的分辨率无关。

电路描述

ADF4002由低噪声数字鉴频鉴相器（PFD）、精密电荷泵、可编程参考分频器和可编程N分频器组成。14位参考计数器（R计数器）允许PFD输入端的REFIN频率为可选值。如果频率合成器与一个外部环路滤波器和电压控制振荡器（VCO）一起使用，则可以实现完整的锁相环（PLL）。

图1显示ADF4002与VCXO共同为高速模数转换器提供编码时钟。本应用中的转换器为一款10位转换器AD9215-80,它可接受最高80 MHz的编码时钟。为实现稳定的低抖动时钟，采用77.76 MHz窄带VCXO.本例假设参考时钟为19.44MHz,为了将ADF4002的相位噪声贡献降至最低，采用最小的倍增系数4.因此，R分频器编程设置为1,N分频器编程设置为4.ADF4002的电荷泵输出（引脚2）驱动环路滤波器，环路滤波器的带宽经过优化，以提供最佳的均方根抖动，它是决定ADC信噪比的关键因素。如果带宽过窄，在相对于载波频率的频偏较小处，VCXO噪声占主导地位。如果带宽过宽，ADF4002噪声将在VCXO噪声低于ADF4002噪声情况下的频偏处占主导地位。因此，环路滤波器的最佳带宽对应VCXO噪声与ADF4002带内噪声的交点。

图1. ADF4002用作高速ADC的编码（采样）时钟

可以使用ADIsimPLL?设计工具（3.0版）来设计环路滤波器，该工具可从analog.com/pll免费下载。测量所得的均方根抖动小于1.2 ps,假设输入信号为20 MHz,利用上述公式1可得出SNR理论值（仅由抖动决定）为76.4 dB.该值比ADC的额定SNR （59 dB）高出17.4 dB,导致总SNR仅降低0.1 dB.如果均方根抖动提高至6 ps,则20 MHz时由抖动决定的相应SNR为62.4 dB,导致总SNR为57.4 dB.

为进行精确测量，需要低噪声、低失真模拟输入源。利用优质信号发生器及后置调谐至目标频率的带通滤波器即可实现。虽然图1所示采用500 kHz信号源，但是应能够测试更高频率的信号源。每种附加频率均需要一个独立的带通滤波器。

图1所示设置使用ADF4002、AD9215和HSC-ADC-EVALB-DCZ,用户可以快速有效地确定转换器和编码时钟是否合适。SPI接口用来控制ADF4002,USB接口帮助控制AD9215-80的操作。控制器板将FFT信息送回PC,如果PC使用ADI公司的ADC Analyzer?软件，则会提供来自ADC的所有转换结果。为了达到所需的性能，整个系统必须使用出色的布局、接地和去耦技术。

常见变化

PLL（Phase Locked Loop）： 为锁相回路或锁相环，用来统一整合时脉讯号，使内存能正确的存取资料。因锁相环可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，所以锁相环通常用于闭环跟踪电路。锁相环在工作的过程中，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住，这就是锁相环名称的由来。PLL用于振荡器中的反馈技术。 许多电子设备要正常工作，通常需要外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利 用锁相环路就可以实现这个目的。

基于PLL的时钟产生电路，如图1所示，经常用于从高噪声系统时钟产生干净的低抖动时钟。ADI公司提供许多不同的频率合成和时钟产生产品，均适合类似的应用。欲了解更多信息，请参考analog.com/clock-timing.

进一步阅读

ADIsimPLL Phase-Locked Loop Circuit Design Software.

HSC-ADC-EVALB-DCZ High Speed ADC Data Capture Kit.

Kester, Walt. 2005. The Data Conversion Handbook. Analog Devices. Chapters 6 and 7.

Kester, Walt. 2006. High Speed System Applications. Analog Devices. Chapter 2, "Optimizing Data Converter Interfaces,"

Kester, Walt. 2006. High Speed System Applications. Analog Devices. Chapter 3, "DACs, DDSs, PLLs, and Clock Distribution."

MT-101 Tutorial, Decoupling Techniques. Analog Devices.

MT-031 Tutorial, Grounding Data Converters and Solving the Mystery of AGND and DGND. Analog Devices.

数据手册和评估板

AD9215 Data Sheet.

ADF4002 Data Sheet.

HSC-ADC-EVALB-DCZ Evaluation Board.