通信SoC中模擬前端性能的快速評(píng)估方法

確定PLL時(shí)鐘抖動(dòng)的貢獻(xiàn)

現(xiàn)在我們來看一下PLL時(shí)鐘抖動(dòng)造成的采樣時(shí)間不確定性如何也會(huì)影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器SNR性能。

時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)SNR的貢獻(xiàn)用以下公式估算：

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其中BW是信號(hào)帶寬(單位Hz) [3]。

如果存在強(qiáng)帶外干擾，采樣時(shí)鐘相位噪聲還會(huì)影響系統(tǒng)性能。圖7中，調(diào)制到帶外干擾中的相位噪聲進(jìn)入關(guān)注信號(hào)帶內(nèi)部，因此無法被過濾，即使帶外干擾本身已在數(shù)字域中被過濾掉。

強(qiáng)帶外干擾，如果沒有衰減的話，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的系統(tǒng)性能影響，因?yàn)椋?/p>

為避免ADC輸入飽和而對(duì)該信號(hào)強(qiáng)加巨大的回退衰減

為避免SNR下降而強(qiáng)加額外的時(shí)鐘抖動(dòng)約束

其他錯(cuò)誤來源

現(xiàn)代解調(diào)架構(gòu)一般實(shí)現(xiàn)直接的解調(diào)方案。在這些架構(gòu)中，I、Q通道之間的任何增益、相位或偏移失配都會(huì)影響總SNR下降。內(nèi)置校準(zhǔn)算法通?？梢园堰@些影響降低到可管理的水平。出于SNR預(yù)算考慮，我們?cè)黾觺1到2 dBSNR裕量，以考慮SNR上校準(zhǔn)失配的殘留影響。

計(jì)算AFE性能貢獻(xiàn)

以下步驟和公式匯總了確定AFE對(duì)系統(tǒng)級(jí)SNR總貢獻(xiàn)的程序。

高性能AFE是其EVM僅對(duì)總收發(fā)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(duì)WiFi 802.11ac收發(fā)器上的AFE運(yùn)用這種方法

為了應(yīng)用這些計(jì)算，考慮一個(gè)信號(hào)使用160 MHz BW進(jìn)行OFDM調(diào)制且每個(gè)副載波使用QAM256調(diào)制方案調(diào)制的傳 輸系統(tǒng)(與WiFi 802.11ac收發(fā)器相似)。此外，考慮零中頻解調(diào)方案的實(shí)現(xiàn)。

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

進(jìn)一步假設(shè)AFE的以下特性：

ADC SNR = 62 dB (SNRnyq)

ADC采樣率 = 160 MSPS (Fs)

時(shí)鐘長期抖動(dòng) = 8 ps-rms (σLTJ)

OFDM信號(hào)峰均比 = 12 dB (PAR)

信號(hào)回退 = 10 dB (IBO)

ADC信號(hào)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(diào)QAM256信號(hào)的EVM要求在-33.8 dB的數(shù)量級(jí)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(dǎo)致總系統(tǒng)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(dá)到：

ADC SNR = 66 dB (SNRnyq)

時(shí)鐘長期抖動(dòng) = 20 ps-rms (σLTJ)

因此，可以用ADC性能抵消時(shí)鐘抖動(dòng)來實(shí)現(xiàn)相同的目標(biāo)。

結(jié)論

使用本白皮書中描述的方法，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以快速判斷任何指定AFE是否滿足其目標(biāo)應(yīng)用的需要，包括無線或有線連 接環(huán)境中的寬帶信號(hào)收發(fā)器、蜂窩通訊和數(shù)字電視及無線電廣播。使用這種方法，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以快速評(píng)估系統(tǒng)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(guī)格和功耗。此外，設(shè)計(jì)師還能快速評(píng)估不同替代 方案和配置的折衷，從而找到適合SoC的最優(yōu)性能、功耗、面積和成本。