交错式 ADC（Interleaved ADC）技术

这个交错技术早有耳闻，示波器里面用多，最近两天闲鱼看到一个示波器：

是SDS1072X HD

是SDS1072X HD

这个闲鱼2200吧，样子很酷（我好喜欢鼎阳的UI），但是死活找不到原产品是啥，问客服说是以前的旧版本，难说，样子倒是很好看，就是这个采样率说有点尿的，不知道了。

这对吗？？？

这对吗？？？

算了，不知道了，有知道的朋友可以解读下。

这个交错是之前的超声波小设备里面的，探头的中心频率是5Mhz，使用一个MCU来采集：

全球第一

全球第一

我发现只有MC家这样做了。

ADC 模块结构

来了！铁子

来了！铁子

每个 ADCx 独立：具备独立的采样时间控制（ADCxTIME<SAMC>）；模拟输入可以通过 ADCTRGMODE<SHxALT> 选择其他引脚；每个 ADC 支持 DMA；所有交错触发必须由统一的时钟源控制，例如 TMR3、PTMR。

不上DMA疯了？

不上DMA疯了？

交错触发公式

最小触发间隔：

其中：

3TAD 是最小采样时间；

Resolution 为 ADC 分辨率位数；

ADJ 为校准因子（0~4）；

N 为交错通道数。

触发周期必须为 TAD 的整数或0.5TAD 倍数。

效采样率计算：

1. 配置 ADC 时钟源为 SYSCLK；
2. 启用 ADC 前必须等待 BANDGAP ready + Warm-up 时间（512 TAD）；
3. 必须先初始化 ADC，再激活触发源；
4. DMA 模式需配合 SYSCLK；
5. 每个交错组必须使用统一定时器（不能跨多个 TMR）；

误解：交错间隔设置为 3TAD 就能获得最快速率

实际上，转换过程中 ADC 忙于转换，后续触发不会立即被处理。必须满足：

触发间隔采样转换

否则会造成相位错乱、杂散增加和采样率波动。

配置与结果

总的来说，挺骚的

总的来说，挺骚的

文章这里正经开始。

交错式 ADC 是通过将多个采样率为 fS 的 ADC 以时钟相位错开的方式同时采样同一模拟输入，从而合成更高的等效采样率。

多个 ADC 通道（每个采样率为 fS）以等间隔交替采样同一个输入信号，形成一个等效采样率为 m × f<sub>S</sub> 的复合输出。

时钟要求：每个 ADC 通道采样时钟必须具有确定的相位差。若有 m 个通道，每个通道的时钟相位差为：

比如使用两个 100 MSPS 的 ADC，以 180° 相位错开，整体系统等效采样率变为 200 MSPS。

通常利用 m 个 ADC，可实现 m × fS 的总采样率。

交错实现方式

每个 ADC 接受带相位偏移的时钟；以周期性交替方式对输入信号采样，所有 ADC 的输出组合后，即为一个等效的高采样率数据流。

时钟结构，因为时钟就是采样的信号（可以这样粗略的理解）

时钟结构，因为时钟就是采样的信号（可以这样粗略的理解）

交错的结构

交错的结构

交错式 ADC 的优势是频带宽度提升：

增加等效采样率后，奈奎斯特频率也随之翻倍（从 fS/2 变为 m×fS/2），例如两个 100 MSPS 交错后，奈奎斯特带宽从 50 MHz 提升至 100 MHz。

交错 ADC 的挑战 —— 核心问题是通道间不匹配

四种主要不匹配类型

杂散信号的识别方法

失调造成的杂散在 fS/2，易识别；增益/时序/频宽不匹配都会在 fS/2 ± fIN 处出现，难以区分。

1. 失调补偿：选定一通道为基准，将其他通道校准至相同 DC 偏移。
2. 增益匹配：对所有 ADC 执行校准，统一放大系数。
3. 时序匹配：减小时钟偏斜与孔径抖动。保证时钟相位精准控制。
4. 频宽匹配：优化 PCB layout、走线对称。各通道采用匹配电路或滤波器。

交错 ADC 技术能显著扩展系统采样率与带宽，尤其适合当前 ADC 技术进展跟不上系统带宽需求的场景，但必须小心应对 通道不匹配导致的杂散干扰问题。否则虽然提高了采样速率，但却引入了不可忽视的失真与噪声，反而影响系统性能。

FFT

FFT

上图展示了两个交错 ADC 存在以下不匹配时对输出频谱的影响：

失调不匹配：adc0 加了轻微 DC 偏移（+0.01），会在 f_s/2 = 100 MHz 附近引入杂散。

增益不匹配：adc1 的增益被人为放大为 1.05。

时序不匹配：adc1 的采样相位有轻微偏移（相位偏移约 0.05 rad）。

在频谱中可以观察到主信号（20 MHz）旁边出现的杂散分量，特别是 fs/2 ± fin = 80 MHz 与 120 MHz（图里面没有呈现） 附近的杂散，这些正是交错 ADC 中典型的不匹配效应。

这块确实难，仿真出来的都不对，放个正确的：

时域的图，和上面的一样

时域的图，和上面的一样

黑色线条：为最终输出的交错信号，表现为“等效高采样率”的波形。

红色圆点：来自 ADC0 的采样点。

蓝色圆点：来自 ADC1 的采样点。

交替出现的采样点反映了两路 ADC 轮流工作，构成 2 倍原始采样率的结构；ADC0 和 ADC1 的采样时间分别错开半周期（180°相位差），完美拼接。另外此图也揭示了失调（红点略高）和增益 + 相位偏移（蓝点更高 + 向右偏）所带来的视觉差异（这些失调画出来都不对）。

可以看看这个

可以看看这个

上图 – 时域采样结构，不说了

下图 – 频谱图

展示当前交错信号的频谱；可以清楚看到随着不匹配增大，fs/2 及 fs/2 ± f_in 处杂散明显上升。

一张分类的ADC图

一张分类的ADC图

另外按照采样定理的原理可以分为两种：

1. 奈奎斯特采样ADC：采样率=2信号最高频率；
2. 过采样ADC：采样率＞2信号最高频率。

以后拿到ADC可以简单的分类看看。

https://www.analog.com/cn/resources/technical-articles/the-abcs-of-interleaved-adcs.html