提高數據轉換器SNR性能的一個簡單辦法是通過一個更大的頻譜分散它產生的總噪聲功率，藉此增大轉換器采樣率，超過最小奈奎斯特極限。這降低了任何指定頻帶上的噪聲功率密度，從而提高了SNR(當只考慮帶內信號時)。如圖3所示，這種方法稱過采樣。

右側上的ADC使用的采樣率比左側ADC使用的采樣率高，因此落入關注頻帶內的總噪聲(用數字濾波器識別)較小，而有效轉換器SNR較大。

其中Fs是采樣頻率，BW是信號帶寬(單位均為Hz)。例如，采樣頻率每翻一倍，SNR提高3 dB [1]。

過采樣簡化了ADC輸入上的模擬抗混疊濾波器，或DAC輸出上的重建濾波器。這由于信號鏡像位于采樣頻率倍數居中位置、具有較寬頻率區間而容易濾波。

圖4表示信號受Fs/2數倍以外頻率中其他信道反射信號鏡像影響的實例。這些反射(或"混疊")信號鏡像落入帶內，因此無法在數字域濾波。

為了避免這種反射，必須在ADC前面引入抗混疊濾波器，削弱Fs/2以外的任何分量。較高的Fs/2帶寬簡化了抗混疊濾波器。

紫色形狀為實際信號，綠色形狀是Fs周圍信號的反射圖像。

輸入信號振幅

影響數據轉換器本征噪聲的主要因素是量化噪聲和熱噪聲，一般假設為具有均勻功率分布的白色噪聲。這些噪聲分量的功率通常與信號幅度無關。因此，信號幅度的任何減小(回退)都會導致有效SNR減小。

在通訊系統中，信號經常使用峰均比(PAR)較大的復雜調制方案。為了飽和一個可能導致信號削波、較高失真和帶外功率的ADC，該信號必須回退(衰減)，使得信號峰值落入ADC滿幅范圍內。

可能需要額外回退，以防因在不理想信道上傳遞的正常信號強度變化而導致飽和，或者要考慮在ADC輸入前可能尚未完全過濾的相鄰信道的強度。

信號回退的實施量要考慮以下因素：

是否存在沒有適當過濾的強帶外信號

沒有得到收發器自動增益控制補償的無線電信號的變化

模擬信號鏈中與制程-電壓-溫度(PVT)變化有關的增益不準確

確定PLL時鐘抖動的貢獻

現在我們來看一下PLL時鐘抖動造成的采樣時間不確定性如何也會影響數據轉換器SNR性能。

時鐘抖動對SNR的貢獻用以下公式估算：

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其中BW是信號帶寬(單位Hz) [3]。

如果存在強帶外干擾，采樣時鐘相位噪聲還會影響系統性能。圖7中，調制到帶外干擾中的相位噪聲進入關注信號帶內部，因此無法被過濾，即使帶外干擾本身已在數字域中被過濾掉。

強帶外干擾，如果沒有衰減的話，可能產生嚴重的系統性能影響，因為：

為避免ADC輸入飽和而對該信號強加巨大的回退衰減

為避免SNR下降而強加額外的時鐘抖動約束

其他錯誤來源

現代解調架構一般實現直接的解調方案。在這些架構中，I、Q通道之間的任何增益、相位或偏移失配都會影響總SNR下降。內置校準算法通常可以把這些影響降低到可管理的水平。出于SNR預算考慮，我們增加~1到2 dBSNR裕量，以考慮SNR上校準失配的殘留影響。

計算AFE性能貢獻

以下步驟和公式匯總了確定AFE對系統級SNR總貢獻的程序。

高性能AFE是其EVM僅對總收發器性能具有邊緣影響的AFE。0.5到0.7 dB的影響通常是可接受的。

對WiFi 802.11ac收發器上的AFE運用這種方法

為了應用這些計算，考慮一個信號使用160 MHz BW進行OFDM調制且每個副載波使用QAM256調制方案調制的傳 輸系統(與WiFi 802.11ac收發器相似)。此外，考慮零中頻解調方案的實現。

這種情況下，在I和Q ADC輸入上得到的基帶正交調制信號分別有80 MHz的信道帶寬。

進一步假設AFE的以下特性：

ADC SNR = 62 dB (SNRnyq)

ADC采樣率 = 160 MSPS (Fs)

時鐘長期抖動 = 8 ps-rms (σLTJ)

OFDM信號峰均比 = 12 dB (PAR)

信號回退 = 10 dB (IBO)

ADC信號BW = 80 MHz (BW)

那么，該AFE的總SNR為：

SNRJ = 52.7 dB

SNRADC = 43.0 dB

SNRtotal = 42.6 dB

此例中，解調QAM256信號的EVM要求在-33.8 dB的數量級上(需要的SNR為33.8 dB)。與需要的SNR之間存在~8.8 dB的裕量，導致總系統性能的可接受下降只有0.6 dB。

類似的SNRtotal可以用具有以下特性的AFE達到：

ADC SNR = 66 dB (SNRnyq)

時鐘長期抖動 = 20 ps-rms (σLTJ)

因此，可以用ADC性能抵消時鐘抖動來實現相同的目標。

結論

使用本白皮書中描述的方法，系統設計師可以快速判斷任何指定AFE是否滿足其目標應用的需要，包括無線或有線連 接環境中的寬帶信號收發器、蜂窩通訊和數字電視及無線電廣播。使用這種方法，系統設計師可以快速評估系統中 AFE性能的影響并搞清楚它是否符合其SoC要求，從而避免過高的規格和功耗。此外，設計師還能快速評估不同替代 方案和配置的折衷，從而找到適合SoC的最優性能、功耗、面積和成本。