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离奇的FFT结果!!!

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最近我收到客户的这个问题,并且很快将其解决。下面的FFT结果展示了这位设计工程师的问题:

图1.AD9684ADC采样的正常和异常FFT结果,采样条件:500 MSPS,170.3 MHz,AIN = –1 dBFS。

根据客户的报告,这些FFT结果不仅看起来很离奇,而且还很不一致。这种状态也符合我对该问题的最初猜测:因为时钟源被关闭或没有连接时钟源,转换器的输入采样时钟接收器自身发生振荡。如果连接时钟的电缆不连续或信号路径中的元件不太可靠,也有可能出现该状态。我说过,这个问题很快就得到了解决,因为类似的结果我已见过许多次。在此工作条件下您还可能会见到其他FFT结果,如图2所示:

图2. 不稳定时钟振荡的采样FFT结果。

在几乎所有应用中,您都需要采样时钟输入为单频信号。观察频域部分可以发现,因相位或热噪声、频率不稳或无用频率成分而引起的任何变化,都会导致采样时钟和模拟输入信号之间的预期关系失常。

造成这种情况的罪魁祸首是什么呢?高速ADC的采样时钟输入通常是具有相同共模偏置的差分输入,并且接收器具有很高的增益。因此,若没有施加差分信号,则这些输入都处于相同的偏置电压下,任何 非共模噪声都会导致采样时钟接收器发生振荡。在此情况下,产生的震荡将不是单纯的频率(如果是,则属于一种较理想的特性)。该频率将会随机变化。当采样时钟频率随机变化时,模拟输入的能量将分布于奈奎斯特带宽频域。

大多数情况下,您只需认识到这一点,并恢复预期时钟参考信号,即可继续测试。但是,如果您想要验证这个问题,请观察ADC的数据时钟输出(DCO)(注意该方法不适用于JESD204B的输出)。此信号通常是ADC采样时钟的一个延迟版, 或采样时钟的分频版(如果你使用任何可以抽取数据率的数字特性)。对于图1中的正常和异常FFT结果,相应的数据时钟输出如图3所示。

图3. 图1所示两种FFT情况对应的ADC数据时钟输出。

可以看到,其周期是变化的,这与我们预料的情况一致。当然,我明白为什么您在首次(甚至是最初几次)碰到这种问题时没有认识到此原因。因为从面板数值来看,试验台似乎是正常工作的,而测试结果却突然混乱。是ADC坏了?是数据采集发生了混淆?是软件已损坏?都不是,只是因为缺少一个信号源而已。

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