引言

　　人類是自然界富于感覺的創造物，我們根據自己的所見、所聽、所聞、所感以及所品嘗到的去學習、理解和享受周圍的世界。因而，當提到電子設備的創新時，能夠讓我們的感覺產生反應的那一部分設計，大多依賴于高性能模擬信號路徑技術。在增強對于電子的感覺和反應的模擬信號路徑中，最能引起興趣的一個例子是從模擬到數字以及從數字到模擬的轉換。

　　數據轉換器(ADC/DAC)是電子系統創新的主要領域。雖然不久前，架構方式還僅僅限定于研究論文中或者夠經濟因素而不可行，但是現在，糸統設計者已經可以實現架構方式。采用高性能數據轉換器的系統中最重要的設計挑戰之一是如何實現時鐘產生模塊的輸入信號采樣。通常， “受限于時鐘”設計者需要依靠非常昂貴的時鐘生成器才能將系統提升到可接受的性能水平之上。

　　本文分為兩大部分：第一部分主要為那些需要實現高性能數據轉換的設計者提供了基本的工具，并特別強調時鐘特性對于數據轉換性能的重要性。首先，文章討論了一些時鐘性能的基本概念。其次，文章將“剖析”計時器件。最后，闡明設計專門面向應用的計時器件性能的方法。第二部分將以第一部分的論述為基礎，探討設計者在系統級上必須把握的關鍵折衷處理。

　　精密時鐘及通信

　　現在是消費者趕上多媒體世界的大好時機。在一定程度上，我們要感謝高性能模擬技術的作用。多媒體內容全部組合在一個數據包之內，然后發送到由通信基礎設施所傳輸的數據流之中。這些數據流要求設備具有較大的帶寬以便能夠提供給高清電視、個人視頻播放器和移動電話，而在數據聚集的情況下，這一點尤其重要。在宏觀的水平上，這種基礎設施(生成端/訪問網絡與內核以及骨干傳送)要求一個有精密時鐘的復雜網絡，這樣才能根據需求可靠的傳送數據包。在傳輸過程中，數據內容通過高性能數據轉換器進行模擬/數字分配。通過上述的基礎設施數據被傳輸給消費者，并通過另外一個數據轉換器將其轉換為原始的高清信號。無論采用有線或無線傳輸媒體，精密時鐘在決定系統性能方面都起到了舉足輕重的作用。然而，精密時鐘的應用并不局限于傳遞多媒體數據方面。事實上，在任何進行大量數據傳輸的應用中，都可以發現低噪聲、高精度時鐘的蹤影。

　　從時域的角度來看信號采樣

　　圖1(b)顯示出采用非對稱梯形脈沖形式的輸入波形(Vin)。如果使用一個無噪聲時鐘的完美數據轉換器來量化Vin，則圖1(a)顯示出其輸入波形的表現形式。同時，圖1(b)上的黑點即為所需的采樣點。圖1(a)上面的線顯示出這些點的位置變換情況。這些點形成了波形的無失真版本。圖1(b) 中也顯示出了陰影區域，它表示假設采樣時鐘具有噪聲(抖動)成分時，采樣時鐘脈沖邊沿產生的一系列可能時間范圍。不定的采樣區域以紅點表示。 這些點都位于可能的時鐘脈沖邊沿的范圍之內，但并不位于陰影區域的中心。圖1(c)顯示出不定的采樣范圍。 在Y軸上記錄的每個值都是Vin 在(不定的)采樣點上的幅度。由於數據接受系統不了解時鐘噪聲或者對其進行補償的任何方式，在X軸上每個對應的值為適時的“完美”采樣點。

圖1 失真和時鐘抖動

　　由于采樣時鐘的抖動所以采用不定采樣。圖1((c) 中的紅色軌跡顯示出了其結果，這是原始輸入波形的失真版本。對于這些圖示，我們可得出下面三個關鍵的觀點：