用ADIsimADC選擇高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(圖)
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
關(guān)鍵詞：調(diào)頻；變?nèi)荻O管；自動(dòng)相位控制
---系統(tǒng)開發(fā)工程師面臨著無線和有線通信系統(tǒng)需要更低噪聲、更高速、多載波、更大寬帶和更快速配置的挑戰(zhàn)。圖1示出了高速轉(zhuǎn)換器提供測量信號路徑中的功率放大器預(yù)失真、接收信號路徑中的基帶(i/q)信號檢測以及發(fā)射信號路徑中的調(diào)制。熟悉數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器體系結(jié)構(gòu)、參考設(shè)計(jì)以及建模工具將有助于設(shè)計(jì)工程師為系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇最佳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。
---數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的配置直接影響系統(tǒng)檢測小信號的能力，尤其是存在干擾時(shí)。設(shè)計(jì)工程師必須選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以滿足功耗、速度和精度的要求，同時(shí)還要滿足封裝尺寸、成本和投放市場時(shí)間的要求。
---理想情況下，預(yù)期的元器件性能應(yīng)該與它們的實(shí)際性能非常接近，以便將再設(shè)計(jì)及其成本降到最低。詳細(xì)的仿真和評估工具非常有效，并且可以在實(shí)際硬件產(chǎn)生前分析系統(tǒng)配置。這樣可以減小硬件的改變，簡化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的選擇過程并且加速開發(fā)。
系統(tǒng)級體系結(jié)構(gòu)
---在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中要進(jìn)行性能和成本的折中。應(yīng)該確定使用超外差采樣還是直接變頻方法，現(xiàn)在的許多接收機(jī)采用中頻(if)欠采樣方法。這里，if落在adc的第二或第三奈奎斯特頻帶。在這樣條件下工作的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器會(huì)影響系統(tǒng)性能，包括電源變化、極端溫度和無源元件的允許差。
---系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的確定涉及許多因素，包括從理論知識、系統(tǒng)分析和參考設(shè)計(jì)。以前類似的成功設(shè)計(jì)可以指導(dǎo)選擇哪一個(gè)體系結(jié)構(gòu)。在系統(tǒng)分析級，應(yīng)該探討的一個(gè)問題：是在一個(gè)12位adc前加一個(gè)增益級還是用一個(gè)14位adc來實(shí)現(xiàn)，或者考慮是使用雙dac加模擬調(diào)制器產(chǎn)生if還是使用非常高速的dac。參考設(shè)計(jì)可以演示元件已證實(shí)的性能，但這只能簡單地提供一個(gè)指導(dǎo)原則，因?yàn)閷?shí)際性能依賴于元器件在實(shí)際系統(tǒng)條件下如何工作。
系統(tǒng)技術(shù)要求
---無線、有線、點(diǎn)對點(diǎn)和高速通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師需求的元器件應(yīng)該支持：提高速度以適應(yīng)信號帶寬的提高；提高分辨率以適應(yīng)小信號檢測；提高信噪比和對雜散抑制能力；降低功耗。
---信號帶寬越寬意味著它包含的信息越多，這導(dǎo)致更快的通信和更好的反應(yīng)能力。提高分辨率意味著要求提高對小信號的檢測能力。由于信噪比和對雜散抑制能力的提高，很容易在有噪聲、干擾或阻塞條件下檢測這些小信號。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)
---選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的第一步是把通信標(biāo)準(zhǔn)要求轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)級要求。例如，用于寬帶cdma的3gpp標(biāo)準(zhǔn)要求有用信道上的阻塞抑制為87db。這就確定了收發(fā)器信號鏈數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器對信噪比(snr)、增益和噪聲指數(shù)(nf)的要求。
---選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的下一步涉及到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)與系統(tǒng)要求進(jìn)行比較。必須明確定義關(guān)鍵的系統(tǒng)要求，例如輸入頻率、輸出信號處理、鎖相和頻率合成。選擇過程越快和越精確，越能滿足系統(tǒng)投放市場時(shí)間和成本的要求。
---高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器提供多種特性，以幫助設(shè)計(jì)工程師優(yōu)化他們的通信系統(tǒng)性能，這些特性包括：分辨率(由位數(shù)確定，決定可檢測的最小信號)；模擬帶寬(確定可轉(zhuǎn)換的最高模擬輸入頻率或輸出頻率)；編碼或時(shí)鐘速率(確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的采樣速度)；無雜散動(dòng)態(tài)范圍(確定adc對干擾的靈敏度或dac的發(fā)送掩碼)；噪聲和失真(能夠限制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)性能)；線性、失調(diào)和增益(確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出如何精確地表示輸入)；功耗(能夠影響系統(tǒng)劃分和總系統(tǒng)預(yù)算)。
--- 除了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)工程師也必須考慮其他功能，例如dsp、時(shí)鐘生成和鎖相。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器非常依賴于輸入模擬信號和采樣時(shí)鐘的特性。
------較高的頻率和帶寬對應(yīng)于較快的轉(zhuǎn)換速率和較高的噪聲。多通道系統(tǒng)可能要求在相同的封裝內(nèi)有多個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器以減小尺寸，尤其是像微微蜂窩區(qū)這樣的室內(nèi)收發(fā)器單元。電池供電的便攜式手持系統(tǒng)必須保持低功耗。
---大多數(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)表都規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工作條件，例如，輸入頻率、采樣速率、電源電壓和溫度，實(shí)際工作條件將根據(jù)系統(tǒng)要求變化。因此，設(shè)計(jì)工程師必須考慮這些變化將如何影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的線性度、動(dòng)態(tài)范圍、噪聲和失真。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器性能
---檢查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作性能如何的一種方法是在評估板上運(yùn)行它，這需要在獲得數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行硬件配置、測試和修改工作條件。如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器工作得不好，設(shè)計(jì)工程師必須用另外的器件重新運(yùn)行上述評估過程。另外，工程師常常希望用所選的時(shí)鐘和(或)pll電路來評估性能。對這種硬件的獲得和配置要增加數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的評估時(shí)間，這個(gè)過程可能需要幾周的時(shí)間。但是，現(xiàn)在有一種替代方法！
---更快地選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器過程是：首先使用仿真工具觀察數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能，這需要符合實(shí)際系統(tǒng)工作條件的精確數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器模型。然后設(shè)計(jì)工程師會(huì)在建立任何硬件之前選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器模型和評估工具
---現(xiàn)在有許多系統(tǒng)級仿真工具。例如，adi公司的adisimadc軟件設(shè)計(jì)工具是一種行為建模實(shí)例，它使用測試數(shù)據(jù)、噪聲和失真多項(xiàng)式和傳遞函數(shù)來說明一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器如何在用戶定義的工作條件下完成轉(zhuǎn)換。adisimadc提供可以由更高級別系統(tǒng)仿真調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫程序前端。參考文獻(xiàn)3比較詳細(xì)地介紹了如何對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器建模。
---圖2示出輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器參數(shù)的一個(gè)例子。使用包括許多器件模型的adi公司數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)特性參數(shù)生成轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，也包括用于比較理想的adc模型。評估軟件和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器模型都可以在www.analog.com/adisimadc網(wǎng)站獲得。
---使用adisimadc工具，設(shè)計(jì)工程師能夠在實(shí)際條件下快速評估數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能。當(dāng)硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)來考慮系統(tǒng)總體性能。
參考文獻(xiàn)
1 analog devices application note 756, “sampled systems and the effects of clock phase noise and jitter”, b.brannon, 2004
2 analog devices application note 501, “aperture uncertainty and adc system performance”, b. brannon
3 analog devices application note 737, “how
adisimadc models an adc”, b.brannon, s.downing, 2004
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