INTRODUCTION
简介
软件界说无线电、雷达体系、电子战(EW)、电子智能(ELINT)以及测验丈量设备等各种运用，需求带宽为数GHz的宽带数据收集体系。抱负状况下，体系规划人员期望能够将信号源(例如天线)直接衔接到宽带高动态规模模数转化器(ADC)进行数字化。这些运用中有许多涉及到子采样，其间方针信号是远高于ADC采样率的高频信号。这种办法的一个首要束缚是当时ADC一般没有满足的带宽来支撑这些超宽带运用。虽然有多种高速ADC供给增强的采样速率，但其间能够供给数GHz以上输入带宽的则很少。此外，在超越超高频(UHF)频段的频率，要坚持杰出的采样线性度在技术上是十分困难的;当信号频率高于1 GHz或2 GHz时，现在大都ADC的线性度会敏捷下降。
运用HMC661LC4B或HMC1061LC5超宽带采样坚持扩大器能够战胜这些束缚，所述器材规划用于需求最大采样带宽、在宽带宽内具有高线性度和低噪声的微波数据转化运用。HMC661LC4B供给18 GHz输入带宽和超卓的宽带线性度，可用作ADC前端的外部主采样器。在HMC661LC4B中进行扩展带宽采样后，低带宽坚持输出波形便可由一个带宽低许多的ADC处理。HMC1061LC5是HMC661LC4B采样坚持扩大器的双列版别。
ADC在高输入频率时的线性度约束也得到解决，由于树立后的采样坚持扩大器波形是运用ADC的最佳基带线性度进行处理。别的，HMC661LC4B的随机采样颤动十分低(<70fs)，因而在高微波信号频率下颤动引起的信噪比(SNR)降幅极小。此颤动显着优于当时可用ADC的典型颤动。其结果是输入带宽从根本上得以扩展，高频线性度显着改善，并且与ADC独自的功能比较，采样坚持扩大器ADC组件的高频SNR得到改善。
本运用笔记供给了关于HMC661LC4B合作高速ADC运用以增强其带宽和高频功能的攻略。本运用笔记介绍了采样坚持扩大器的一般操作，以及关于完成器材最高功能的一般操作主张。本运用笔记还阐明晰依据典型评价板的实验板组件的设置和时序调整，其将HMC661LC4B用作高速ADC的主采样器。关于HMC661LC4B用于高速ADC的评价板设置时怎么取得高功能采样坚持扩大器的示例，请参阅《模仿对话》文章“运用采样坚持扩大器和RF ADC从根本上扩展带宽以打破X波段频率”。
HMC661LC4B采样坚持扩大器阐明和操作
HMC661LC4B采样坚持扩大器概述
HMC661LC4B是一款单列18 GHz采样坚持扩大器，适用于需求最大采样带宽、在超宽带宽内具有高线性度和低噪声的微波数据转化运用。单个采样坚持扩大器产生的输出由两个时刻段组成。在输出波形(HMC661LC4B的正差分时钟电压)的采样办法距离中，HMC661LC4B成为一个单位增益扩大器，在输入带宽和输出扩大器带宽的束缚下，它将输入信号复制到输出端。在正时钟到负时钟跃迁时，HMC661LC4B以十分窄的采样时刻孔径对输入信号采样，并且在负时钟距离内，将输出坚持在一个相对安稳的代表采样时刻信号的值。
关于要害功能参数，请参阅HMC661LC4B数据手册。市面上的其他高速采样坚持扩大器在满量程输入电平常带宽功能会大幅下降，HMC661LC4B则不同，在整个输入电平规模内都能供给18 GHz采样带宽，满量程差分输入最高可达1 V p-p，采样速率最高可达4 GSPS。该采样坚持扩大器能在十分宽的带宽规模内坚持优异的线性度，从直流到5 GHz以上且在满量程输入时，无杂散动态规模(SFDR)为56 dB或更好。HMC661LC4B的一个重要特性是具有恰当的线性阶相关性(输入电平下降6 dB，则二阶和三阶谐波产品电平别离下降12 dB和18 dB)。此特性关于运用数字信号处理(DSP)对信号进行均匀的规划人员特别重要。这些用户能够履行后转化处理来削减宽带本底噪声，并且能够经过调整输入信号电平来取得更高线性度。正如数据手册所示，输入电平下降到满量程一半时，整个宽带宽上可达10位或更好的线性度。
HMC661LC4B供给直流耦合、差分信号输入/输出和差分时钟输入。一切输入和输出关于每个差分半电路都是50 Ω阻抗，并且它们以真实的以地为基准的共模电压电位作业。HMC661LC4B选用契合RoHS规范的4 mm × 4 mm QFN无引脚陶瓷封装。HMC661LC4B是软件界说无线电、军用和商用雷达体系、EW、ELINT体系运用的抱负挑选。HMC661LC4B还可用于扩频处理、宽带频谱剖析和高速数字/模仿测验仪器，包括数字采样示波器。
HMC661LC4B一般操作主张
有关作业条件的完好信息，请参阅HMC661LC4B数据手册。为了便利读者，本运用笔记总结了关于器材操作的首要留意事项。
上电次序
假如从独立电源供给偏置，主张电源发动次序为VCCOB、VCCOFx、VCCTHx、VCCCLKx、VEE和VEECLKx。如需求，VCCOB、VCCOFx、VCCTHx和VCCCLK能够衔接到一个2 V电源。
输入信号驱动
为完成最佳作用，须以差分办法驱动输入。输入能够用单端办法驱动，但HMC661LC4B的线性度会下降。以单端办法驱动HMC661LC4B时，未运用的输入须端接50 Ω电阻。
时钟输入
当(CLKP – CLKN)为高电平常，HMC661LC4B处于采样办法;当(CLKP – CLKN)为低电平常，器材处于坚持办法。如或许，须以差分办法驱动时钟输入。若需求，能够用单端办法驱动时钟输入，但单端起伏和压摆率须与差分驱动时主张的全差分起伏和压摆率类似。未运用的输入须端接50 Ω电阻。
在较低时钟频率时，HMC661LC4B的采样坚持办法线性度会跟着时钟功率而改动，如HMC661LC4B数据手册所示。这是由于，当压摆率低于临界值时，线性度与时钟过零压摆率存在弱相关性。为取得最佳线性度和颤动功能，主张运用大约2 V/ns至4 V/ns(每个时钟输入)或更大的时钟过零压摆率。
关于正弦时钟输入，4 V/ns对应的每个差分半电路输入的正弦时钟功率为-6 dBm(4 GHz时)、0 dBm(2 GHz时)和6 dBm(1 GHz时)。不管时钟频率为何，引荐最小时钟起伏为-6 dBm(每个差分半电路输入)。在较低时钟频率时，特别是在1 GHz以下时，主张运用方波时钟以到达所需的压摆率，而无需过大的时钟起伏。
输出
为取得最洁净的输出波形，须以差分办法检测输出。输出阻抗为50 Ω阻性，返回到VCCOB电源。输出级规划用于驱动每个差分半电路输出上的50 Ω接地终端。HMC661LC4B供给一个真实的以地为参阅的共模电压输出，其典型值在地电压的±50 mV规模内;但假如需求，能够略微调整VCCOB电源以将输出共模电压电平准确微调至0 V。
此外，依据以下近似联系调整VCCOB电源，能够在约±0.5 V的规模内调理共模输出电平：
VOCM = (VCCOB − 2)/2
其间：
VOCM为输出共模电压。
VCCOB能够在1 V < VCCOB < 3 V规模内改动。
在较低时钟速率(例如小于1 GHz)下作业时，用户可将输出滤波到比输出扩大器带宽7 GHz低的带宽，然后优化信噪比(SNR)。这种输出滤波不会下降采样前端噪声(其已在信号样本中捕获，代表大部分采样坚持扩大器噪声，由于前端带宽较宽)，但可削减输出扩大器的噪声奉献。用户可将输出滤波到依然具有所需最大树立时刻以支撑所选时钟速率的最低带宽。一般，最佳带宽是时钟频率的两到三倍左右。假守时钟速率为350 MHz，运用一个噪声带宽为1 GHz的输出滤波器，则相关于未滤波的输出状况，噪声能够下降约1 dB。
在时钟边缘，由于输出扩大器的带宽很宽，输出会有十分峻峭的跃迁。用户须留意，芯片输出端与负载之间的电缆假如较长，会引起频率呼应滚降和散失，然后在输出波形进入负载的树立进程中产生具有相对较长时刻常数的低起伏尾部。
在实验室环境下运用数英尺长输出电缆时，负载效应最为显着，即使高质量电缆也不破例。采样坚持扩大器与负载之间的输出电缆有必要是2英尺或更短的高质量电缆。
负载与HMC661LC4B之间的反射也会下降坚持办法呼应功能。能够调整输出电缆长度，以便在必定程度上下降反射搅扰。一般来说，为使波形的坚持办法部分中的反射搅扰最小，电缆的往复传输时刻须为时钟周期的整数倍数。此电缆长度规范基本上应依据以下状况来判别：低电平双传输反射时刻与其供给的输出波形对齐。当采样坚持扩大器在负载的50 ps或更短时刻以内时，短距离和/或传输时刻使得反射时长与HMC661LC4B的近似树立时刻持平，此刻可取得最佳功能。在ADC运用中，采样坚持扩大器有必要尽或许挨近ADC，以使采样坚持扩大器输出端与ADC输入端之间途径的反射效应最小。
采样坚持ADC树立与时序
采样坚持ADC树立
HMC661LC4B用作高速ADC主采样器的典型实验室评价板设置如图1所示。关于输入和时钟信号，有必要运用颤动十分低的组成产生器，以使高信号频率下颤动引起的本底噪声功能降幅最小。5%的小数带宽带通滤波器经过滤除非谐波杂散产品和宽带噪声(其会给信号和时钟源带来颤动)来净化信号源。具有17 GHz带宽的宽带Picosecond Pulse Labs或平等分相器将单端输入信号转化为差分办法。需求HMC-C004宽带扩大器来充沛扩大信号和时钟，以补偿体系中的损耗。
如需求，能够将更传统的低频巴伦用于时钟，由于时钟被束缚在一个低得多的频率。可变推迟线恰当地对ADC时钟进行守时，以便ADC对HMC661LC4B输出波形的安稳坚持办法部分进行采样。采样坚持扩大器和ADC之间运用隔直电容以完成单电源ADC，由于ADC作业在一般由内部供给的非零共模输入电压偏置电平。
别的，能够运用具有可变输出共模电压电平的直流耦合差分扩大器来匹配HMC661LC4B和ADC的直流电平。HMC661LC4B具有0 V标称共模输出电平，但假如需求，它能够在±0.5 V规模内进行调整(有关详细信息，请参阅HMC661LC4B数据手册)。
如前所述，在实践体系运用中运用HMC661LC4B时，最好将采样坚持扩大器放置在挨近ADC的当地，以尽量削减器材之间信号互连的反射效应传输时刻。为将采样坚持扩大器置于挨近ADC的当地，最佳办法是规划一个定制电路板或混合电路，以将采样坚持扩大器和ADC相邻放置。在此状况下，在ADC时钟信号途径中规划一个固定推迟，以取得ADC时钟相关于采样坚持扩大器输出波形的正确时序。但正如本运用笔记所示，只需ADC时钟相关于采样坚持扩大器时钟恰当守时，带同轴电缆互连的实验板型设置就能供给准确的功能。
图1.集成了HMC661LC4B采样坚持主采样器和ADC评价板的ADC组件框图
图2为实验板设置的什物相片。采样坚持扩大器评价板的差分输出经过短SMA(超小A型)电缆衔接到ADC评价板输入端的直流模块。在测验的两个时钟频率(1 GSPS和1.6 GSPS)下，挑选的电缆长度使得从采样坚持扩大器芯片到ADC芯片的总传输时刻大约为时钟周期的某一整数倍，以使上述双传输反射效应引起的波形扰动最小化。
图2.HMC661LC4B和ADC评价板的实验板设置
采样坚持ADC时序
采样坚持扩大器ADC转化组件正确操作的一个重要方面是树立ADC采样相关于采样坚持扩大器输出波形的正确时序。ADC采样相关于采样坚持扩大器的时序被称为相对ADC时钟推迟。为完成正常作业，ADC有必要对采样坚持扩大器输出波形中的坚持办法输出时刻段的安稳部分进行采样。虽然当ADC不正确地对采样坚持扩大器的采样办法输出波形段进行采样时组件也能作业，但由于ADC采样的是输入信号的缓冲(但未采样)单位增益版别，所以无法正确扩展带宽。实践上，ADC是否在对坚持办法时刻段进行采样的首要方针便是扩展带宽行为。假如复合组件显现的带宽更挨近于ADC输入带宽，那么极有或许是时序调整不妥，ADC正在对采样坚持扩大器输出波形的采样办法部分进行采样。
假如将电路板传输线互连和外部电缆的各种传达推迟以及采样坚持扩大器和ADC内部首要途径的内部群推迟列在一张表上，就能够准确核算相对ADC时钟推迟。表1显现了与详细核算正确ADC时钟时序相关的两个首要的HMC661LC4B内部群推迟：时钟到坚持节点推迟和坚持节点到输出样本推迟。
表1中显现的输入信号到坚持节点推迟不是ADC时钟时序核算有必要知道的量，列在此处仅供参阅。此核算还需求一个重要参数，即ADC孔径推迟，其界说为ADC内部采样点的时钟推迟与ADC内部采样点的信号推迟之间的差值。孔径时刻和实验板级互连推迟常常会掩盖HMC661LC4B采样坚持扩大器的较小推迟。
关于体系完成来说，这些核算一般是值得的，乃至是必要的(不过由于互连推迟要小得多，所以体系时序一般比实验板设置更简略)。假如ADC时钟推迟(相关于采样坚持扩大器时钟)得到准确确认和完成，那么对一切时钟频率，只需一个ADC时钟推迟就能够为相应的组件正确守时。假如恰当的推迟仅在模时钟周期内完成(例如在一个时钟周期内具有恰当的相位，但不是所需的最小推迟)，那么该设置仅对所运用的特守时钟频率有用。但是，关于实验室实验板设置，一般没有必要详细核算和规划所需的ADC时钟推迟，由于运用ADC时钟途径中的可变推迟线，履行一个简略的算法就能快速求出正确的推迟，如表1所示。
表1.用于时序核算的HMC661LC4B内部群推迟
树立一种算法，运用ADC时钟途径中的可变推迟和ADC的快速傅里叶变换(FFT)输出显现来确守时序设置是可行的。在阐明该进程之前，了解ADC的一些要害输出功能参数与外部HMC661LC4B采样坚持扩大器波形内的采样方位的依靠联系会很有协助。图3显现了信号起伏、SFDR和噪声谱密度的推迟映射，它是ADC时钟(ADC采样点)相关于HMC661LC4B和ADC组合的采样坚持扩大器时钟的相对推迟的函数。图3所示数据是在1 GSPS采样速率下获取的。作为参阅，图中还指出了HMC661LC4B输出波形采样到坚持转化和坚持到采样转化的大致时刻方位。HMC661LC4B坚持办法约束在这些点之间，而采样办法时刻段落在这些点所约束的区域之外。当组件的输入频率远远超出ADC带宽时，这组曲线对了解推迟设置十分有用。图3中制作的是针对5 GHz输入信号频率的曲线，该频率远远超出特定ADC的大约2.8 GHz带宽。
图3.基波起伏和SFDR与相对推迟时刻的联系
供给给ADC内部采样器的波形受ADC输入信号带宽的束缚。ADC内部前端采样坚持扩大器内的频带束缚会对HMC661LC4B输出的尖利波形转化曲线进行大起伏的修整。因而，图3所示的推迟映射曲线也表现出该ADC频带束缚所引起的修整转化。运用一阶近似，起伏曲线的-3 dB点大致对应于HMC661LC4B输出波形的采样到坚持和坚持到采样转化的时刻点。
关于超出ADC带宽但在采样坚持扩大器带宽内的信号频率，查看类似于图3所示的推迟映射曲线，能够推断出“信号基波起伏”部分、“SFDR”部分和“噪声”部分所述的要害行为。
信号基波起伏
当ADC对采样坚持扩大器波形的坚持办法进行采样时，取得的是外部采样坚持扩大器的带宽。当ADC对采样坚持扩大器波形的采样办法进行采样时，取得的是较小的ADC带宽。由于这些点上的样本没有很好地加以界说，因而转化区域中的样本或许会导致基波信号起伏急剧下降。这种急剧下降效应能够在图3的基波起伏改动中调查到，转化点邻近的起伏显着减小。在采样办法区域中，基波起伏平衡在一个安稳电平上，该电平代表该频率下ADC输入传递函数所产生的信号衰减。
SFDR
关于采样扩大器波形的大部分坚持办法区域内的ADC采样，SFDR相对安稳。采样时刻最好是在坚持办法快要结束时(此刻波形早已树立)，但先于ADC频带束缚引起的坚持到采样转化修整区域。跟着时钟频率进步，优化坚持办法时刻段中的采样方位以完成最大SFDR变得更为重要。关于所丈量的ADC，合理的ADC采样时刻是相关于坚持到采样转化点提早大约120 ps。当ADC采样点进入坚持到采样转化区域时，SFDR会敏捷下降，由于信号样本在这些转化点处没有很好地加以界说。
噪声
图4显现，相关于在采样办法段中进行采样，当在坚持办法波形段中收集ADC样本时，噪声谱密度会进步。
在总积分时域噪声中也能调查到噪声谱密度进步。这种进步契合理论上的预期，由于坚持办法区域中的ADC采样反映了HMC661LC4B在整个18 GHz输入带宽上的采样。从频域视点看，采样进程将整个带宽上的噪声折叠到低得多的带宽中——仅一个奈奎斯特区间。从时域视点来看，能够将这种效应视为采样时刻样本中有用捕获到的瞬时前端噪声;这会添加榜首奈奎斯特区间的噪声谱密度，ADC会彻底检测到，由于它落在其输入带宽内。另一方面，采样办法区域中的采样不反映HMC661LC4B的采样。噪声谱依然出现在18 GHz的带宽上，但ADC并不知晓HMC661LC4B采样，并且在波形采样办法部分中的ADC样本没有折叠效应。此频谱噪声的大部分落在ADC带宽之外，然后削减了检测到的总噪声。
关于HMC661LC4B输出波形的坚持办法区域中的ADC样本，输入噪声带宽为18 GHz，而关于HMC661LC4B采样办法中的ADC样本，输入噪声带宽为ADC输入带宽。例如，关于典型高速转化器的2 GHz至3 GHz输入带宽，坚持办法和采样办法ADC样本的噪声水平存在8 dB到10 dB的差异并不稀有。这种差异契合预期，由于带宽比大约也是8 dB到10 dB，故相对噪声水平是指示ADC样本时序区域的有用参数。
图4.频谱噪声密度(VNF)与相对推迟时刻的联系
用于实验板设置的简略采样坚持ADC时序进程
运用“信号基波起伏”部分和“SFDR”部分中描绘的特性时，能够经过一种直接了当的办法来确认典型实验板设置中的ADC时钟时序和优化。以下程序运用ADC时钟途径中的可变推迟，以及ADC FFT频谱供给的信息：
1. 运用恣意ADC时钟推迟和可变推迟设置采样坚持扩大器ADC时序。相关于采样坚持扩大器时钟，运用恣意ADC时钟推迟(无需详细核算)和可变推迟开始设置采样坚持扩大器ADC时序。可变推迟有必要答应在至少半个时钟周期内进行调整。将推迟的初始方位放在推迟规模的中心。由于大大都长号型可变推迟线的基座差错推迟是固定的，因而在采样坚持扩大器时钟和ADC时钟途径中运用相同的可变推迟会有所协助，这样两条途径中的固定基座差错推迟得到均衡。当为不依靠时钟频率的时序设置准确ADC时钟推迟时，运用相同可变推迟十分有用，由于这种运用不支撑任何过大的模时钟周期推迟。然后能够经过两条推迟线或其间之一来调整相对ADC推迟。假如以差分办法驱动时钟，则在巴伦和时钟输入之间的HMC661LC4B时钟途径中有必要运用平衡长度的电缆。
2. 在ADC的带宽之外，但在采样坚持扩大器的带宽以内，施加一个挨近满量程的输入信号。施加一个电平略低于ADC满量程的输入信号，其频率远远超出ADC输入带宽，但在HMC661LC4B采样坚持扩大器的带宽以内。关于2 GHz至3 GHz输入带宽的转化器，5 GHz频率是一个不错的挑选。
3. 调查FFT频谱并辨认一阶拍频产品(基波)。给ADC和HMC661LC4B器材加电;调查ADC输出的FFT频谱显现并辨认输入信号外差所产生的一阶拍频产品，时钟谐波采样坚持扩大器将所得的拍频产品置于榜首奈奎斯特区间中。拍频产品是方针基波，其代表转化后的信号起伏。例如，关于1 GHz的时钟频率和5.049 GHz的输入信号频率，下变频的一阶拍频产品在5.049 – 5(1) = 49 MHz。
4. 确认ADC采样产生在外部采样坚持扩大器输出波形的采样办法仍是坚持办法区域中。为确认ADC采样产生在采样办法仍是坚持办法区域中，须调查基波起伏。假如取得的信号挨近满量程，则ADC时钟时序是对坚持办法波形段进行采样，该组件表现出HMC661LC4B的扩展带宽。假如调查到的信号起伏代表该频率下从ADC输入带宽取得的传递函数衰减，则ADC是在采样办法波形段进行采样，并表现出ADC下降的带宽。假如基波起伏的状况存在不确认性，那么在一个小推迟规模(例如±50 ps)上开始映射几个不同推迟点的起伏和噪声，便可敏捷判别ADC采样点是坐落采样到坚持仍是坚持到采样转化上。假如采样点坐落转化点上，则移动推迟以避开转化区域，这样样本就会落在采样办法或坚持办法区域中。此外，映射半个时钟周期上散布的几个起伏和噪声点能够快速协助确认操作状况和转化方位。
5. 设置采样坚持扩大器时钟极性，将ADC样本置于HMC661LC4B的坚持办法。假如进程4中ADC是在坚持办法进行采样，则采样坚持扩大器时钟衔接的相位能够坚持不变。假如ADC是在采样办法进行采样，则差分时钟与采样坚持扩大器的衔接有必要反向，以使采样坚持扩大器与ADC之间的相对采样推迟移动半个时钟周期。差分时钟衔接改动将ADC采样点置于坚持办法波形段。假如移动采样坚持扩大器的时钟相位之后，起伏没有添加到挨近满量程，则应少数改动ADC时钟推迟，一起进行监控，以判别ADC采样是否可巧坐落转化点。
6. 辨认坚持到采样转化，并将ADC采样点设置在相关于此点的采样到坚持和坚持到采样时刻窗口的一半处。已知ADC采样坐落坚持办法后，映射几个点并逐步添加ADC时钟推迟，直至坚持到采样转化的方位确认停止。关于一阶，坚持到采样转化产生在推迟映射起伏曲线的大约-3 dB点处。一旦确认了坚持到采样转化，ADC采样点相关于此转化便可提早，直至起伏和SFDR功能到达相对均衡的值。完成预期起伏和SFDR值的这个时刻方位出现在相关于坚持到采样转化提早30 ps到150 ps的当地，详细取决于ADC的输入带宽和由此导致的转化带限修整量。时刻点的方位表明ADC采样时刻的可接受点。假如ADC相对推迟已设置为肯定最小值(没有剩余的模时钟周期推迟)，那么该时序对一切时钟频率都有用。假如ADC相对推迟仅有恰当的相位，但包括剩余的模时钟周期推迟，则当改动时钟频率时，有必要从头履行守时进程。
结语
本运用笔记评论了HMC661LC4B超宽带采样坚持扩大器及其作为高速ADC主采样器以增强带宽和线性度的运用。本文介绍了将HMC661LC4B衔接到ADC的一般准则，并供给了一个经过实验板设置中的时钟守时建立恰当ADC采样时刻的简略体系化办法。
《模仿对话》文章“运用采样坚持扩大器和RF ADC从根本上扩展带宽以打破X波段频率”供给了HMC661LC4B用于具有高速ADC的评价板设置时可取得的功能示例。
