AD6645型A/D轉(zhuǎn)換器在軟件無線電中的設(shè)計原理及應(yīng)

1 引言

A/D轉(zhuǎn)換器在系統(tǒng)中所處的位置是很關(guān)鍵的，因為它直接反映軟件化的程度.對理想的軟件無線電而言,A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍必須為100dB~120dB,最大信號輸入頻率在1GHz~5GHz之間，目前器件發(fā)展水平很難實現(xiàn)這些技術(shù)指標，即使實現(xiàn)了這些指標，如此大的數(shù)據(jù)量也是后面DSP無法承擔的,所以折中的方案就是進行中頻采樣.

軟件無線電是基于一種通用的硬件平臺,通過加載不同的軟件實現(xiàn)不同的無線通信功能.它是一種全新的開放式結(jié)構(gòu)體系，其核心設(shè)計思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D轉(zhuǎn)換器,在射頻段將信號數(shù)字化,在DSP中用軟件實現(xiàn)所有功能.受硬件發(fā)展水平的限制。目前存在二大瓶頸:

一是A/D轉(zhuǎn)換器的速率和性能；

二是DSP的處理速度.

2 選擇依據(jù)

A/D轉(zhuǎn)換器的選擇既要考慮A/D轉(zhuǎn)換器的性能又要考慮能滿足系統(tǒng)所要求的動態(tài)范圍和性能指標。評價A／D轉(zhuǎn)換器的性能指標主要有A／D轉(zhuǎn)換位數(shù)、無寄生動態(tài)范圍(SFDR)、信噪比(SNR)、轉(zhuǎn)換速率、量化靈敏度等。一般來說A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)越多越好，轉(zhuǎn)換位數(shù)越多，其動態(tài)范圍就越高。由于本設(shè)計硬件平臺中選用的HSP50214型可編程下變頻器輸入是14位，因此選用14位的A/D轉(zhuǎn)換器。在目前的軟件無線電中頻方案里，一般都采用欠采樣技術(shù)，采樣頻率一般為幾十赫茲至上百赫茲，若對中頻為70MHz、帶寬為2MHz的信號(AM或FM)采用40MHz采樣，由A／D轉(zhuǎn)換器的理論SNR公式可知：
SNR=6．02B+1．76+10Logl0(fs/2fmax)dB
=6．02x14+1．76+10log10(40x106／2x71xl06)dB
=81dB

式中，B為A／D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，f為采樣速率，fmax為輸入信號的最高頻率。在實際測試中．A/D轉(zhuǎn)換器的最后2位會不停變化，其有效位(ENOB)為12位，代人上式后可得SNR為69dB。所以AD6644和AD6645都能滿足要求，由于AD6645的孔徑抖動小于0．2ps，AD6645的孔徑抖動小于0．3ps．所以在中頻接收系統(tǒng)中用AD6645效果會更好一些。目前市場上的高速采樣器件種類繁多，表1列出一些主流A／D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)。

3 主要特點 AD6645,pdf datasheet (AD Converter)
AD6645是寬帶A／D轉(zhuǎn)換器系列中繼AD9042(12位41MS／s)和AD6640(12位65MS／s)、AD6644(14位，40MS／s，65MS／s)后的第四代產(chǎn)品，其主要特 點如下：
●保持采樣率可達80MS／s；
●工作帶寬達270MHz；
●多音無寄生動態(tài)范圍(SFDR)為100dB；
●對200MHz信號采樣時采樣抖動時間為Qlps；
●數(shù)字輸出可以在3．3V下工作．便于與數(shù)字ASIC接口;
●功耗為1．5W。

4 工作原理
如圖1所示．AD6645采用3級子區(qū)式轉(zhuǎn)換結(jié) 構(gòu)．這種設(shè)計的好處是既保證了轉(zhuǎn)換的精度和速度 又實現(xiàn)了較小的功耗和封裝尺寸。AD6645有2個 互補的模擬輸入端AIN和五AIN.2路輸入經(jīng)過緩沖 后先進入第一個保持器THl．ENCODE脈沖為高時 TH1處于保持狀態(tài)．THl的保持值作為5位A／D轉(zhuǎn) 換器ADCl的輸入．其輸出驅(qū)動1個5位D／A轉(zhuǎn)換 器DACl。經(jīng)過延遲后的模擬信號減DACl的輸出 后在TH3的輸入端產(chǎn)生第一個剩余信號，保持器 TH2補償由ADCl造成的延遲。 在由1個5位ADC2、5位DAC2和1個TH4組 成的第二轉(zhuǎn)換階段中．TH4保持的第一個剩余信號 減去DAC2的量化輸出產(chǎn)生第二個剩余信號作為 TH5的輸人．TH5驅(qū)動最后1個6位A／D轉(zhuǎn)換器 ADC3。將ADC1、ADC2和ADC3的輸出相加并經(jīng)數(shù)字誤差校正邏輯修正后將得到并行輸出的14位2進制補碼數(shù)據(jù)。

5 實際應(yīng)用
5．1 時鐘輸入電路
為了保證14位的精度，對AD6645的采樣時鐘 質(zhì)量要求較高且要具有低相位噪聲。為了獲得最佳 性能．AD6645的時鐘必須采用差分輸入，時鐘信號可通過1個變壓器或電容器交流耦合到ENCODE和面ENCODE腳．這2個引腳在片內(nèi)被偏置，無需外 加偏置電路。為了提高時鐘信號的差分輸入質(zhì)量， 本設(shè)計采用了Motorola公司的MCl00LNEl6型低 壓差分接收器．它的抗抖動性能非常好。整個連接 電路如圖2所示。差分輸出端Q和Q的電壓較小， 和后面的AD6645輸入電壓不匹配，因此分別加上 偏置電壓。

5．2 模擬輸入電路
作為新型的高速、大動態(tài)范圍A／D轉(zhuǎn)換器．AD6645的模擬信號輸入也應(yīng)為差分形式．因為在模擬信號階段差分輸入對偶次諧波有很高的共模抑制比，可以提高電路的性能。采用差分輸入在制作PCB時也有很大的好處：其一是對由電源和地引人的噪聲有很高的共模抑制比；其二是對由本振反饋引入的共模信號也有很強的抑制作用。

AD6645的模擬輸入電壓被偏置到2．4V，在電路內(nèi)部每個模擬輸入通過1只500Ω電阻器連接到2．4V偏置電壓和差分緩沖器。因此驅(qū)動AD6645的模擬信號必須通過交流耦合送進輸入端，實際使用時可以采用如圖3所示的4：1阻抗變換器來實現(xiàn)。

5．3 信號輸出
AD6645的數(shù)字輸出有固定的輸出擺動率(1V/ns)，制作PCB時，1個CMOS門加上布線會產(chǎn)生大約10pF的電容，因此每有l(wèi)位轉(zhuǎn)換輸出就會有10mA的動態(tài)電流出入器件，滿量程輸出即14位輸出時就會有140A的電流，所以在每條輸出數(shù)據(jù)線上要串聯(lián)100Ω的電阻器以限制這些電流流入接收器件。在軟件無線電的中頻采樣方案中。采用在AD6645后接1個HSPS0214B型下變頻器來進行降頻、抽取、濾波等一系列處理，二者之間加1個74LCX574型鎖存器。數(shù)據(jù)準備輸出信號DRY作為74LCX574的時鐘輸入，并經(jīng)反相器后作為HSPS0214B型數(shù)字下變頻器的前端時鐘CLKIN輸入。

5．4 注意事項
AD6645對時鐘電路要求比較苛刻，該電路接收到的任何噪聲都會造成數(shù)字化性能的惡化和總體性能的下降，因此一定要將其與數(shù)字輸出和模擬輸入隔離開來。除了布線應(yīng)盡量短外，整個采樣電路下面要大面積覆銅接地以降低干擾。模擬部分和數(shù)字部分的供電電源AVcc(SV)和DVcc(3．3V)要盡量分開，在電源濾波中使用高頻特性好的陶瓷電容器來抑制噪聲，數(shù)字地和模擬地應(yīng)該分開并通過高頻磁珠單點接地。在實際調(diào)試時，時鐘信號不理想．可用門電路進行整形，DRY信號較小．也可用NC7SZ32型門電路進行整形驅(qū)動。

6 結(jié)束語
作為未來通信的發(fā)展方向．軟件無線電以其靈活性和通用性引起了全世界的關(guān)注．而A／D轉(zhuǎn)換和D／A轉(zhuǎn)換部分在軟件無線電中起著關(guān)鍵的作用．因此器件的選取及外圍電路的設(shè)計顯得非常重要．尤其是在抗干擾方面要更加注意。AD6645以其優(yōu)越的性能成為目前軟件無線電接收機中。MD轉(zhuǎn)換器的理想選擇。