數(shù)字射頻存儲(chǔ)器用GaAs超高速3bit相位體制ADC的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、引言

數(shù)字射頻存儲(chǔ)器（DRFM）具有對(duì)射頻和微波信號(hào)的存儲(chǔ)及再現(xiàn)能力，已發(fā)展成為現(xiàn)代電子戰(zhàn)系統(tǒng)和儀器測(cè)試系統(tǒng)的重要組成部分。作為DRFM的核心部分，超高速ADC，DAC 的性能直接決定了它處理模擬信號(hào)的能力。但是，由于半導(dǎo)體工藝及器件性能的限制，高采樣率、高分辨率的ADC 及DAC 難以實(shí)現(xiàn)。由于相位數(shù)字化比傳統(tǒng)的幅度數(shù)字化有多種優(yōu)點(diǎn)，且采用相位量化可降低對(duì)上述電路的要求，所以含相位體制ADC 及DAC 的DRFM 系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用。本文利用GaAs MESFET 全離子注入非自對(duì)準(zhǔn)常規(guī)工藝設(shè)計(jì)了用于3bit 相位體制DRFM 系統(tǒng)的單片超高速相位體制ADC。測(cè)試結(jié)果表明，電路可在2GHz 時(shí)鐘速率下完成采樣、量化，達(dá)到1.2Gbp s 的輸出碼流速率，其瞬時(shí)帶寬可達(dá)150MHz，具備±0.22LSB 的相位精度。

2、電路設(shè)計(jì)

3bit 相位體制ADC的量化對(duì)象是輸入信號(hào)的相位量，基本功能是將輸入的兩路正交模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為四路含相位信息的數(shù)字信號(hào)。輸出信號(hào)是占空比為1：1、頻率與輸入正交信號(hào)同頻 率的方波信號(hào)，但每相鄰兩路之間的相位差為45°。3bit 相位體制ADC 的輸入輸出時(shí)序關(guān)系及真值表分別如圖1、表1 所示。所以，3bit 相位體制ADC 的輸出信號(hào)每周期含8 個(gè)相位態(tài)，電路的轉(zhuǎn)換速率為輸入模擬信號(hào)頻率的8 倍。

表1、輸出真值表

圖1、輸入輸出時(shí)序圖

根據(jù)3bit 相位體制ADC 的工作原理，設(shè)計(jì)電路框圖如圖2 所示。

圖2、3bit 相位體制ADC 電路框圖

3bit 相位體制ADC 主要由五部分電路組成：（1）輸入緩沖級(jí)。本級(jí)電路將輸入的單端模擬正交信號(hào)變換為ADC 內(nèi)部所需的互補(bǔ)信號(hào)，并具有一定的放大作用。此外，該級(jí)電路還包括將外部的單端時(shí)鐘信號(hào)變換為內(nèi)部其他各級(jí)電路所需的互補(bǔ)時(shí)鐘信號(hào)。（2）預(yù)放大級(jí)。本級(jí) 電路根據(jù)3bit 相位量化的原理對(duì)模擬正交信號(hào)及其互補(bǔ)信號(hào)按照一定規(guī)則兩兩組合，進(jìn)行差分放大。（3）比較級(jí)。本級(jí)電路在時(shí)鐘作用下，利用正反饋原理對(duì)比較器輸入端的模 擬信號(hào)進(jìn)行取樣、量化。（4）觸發(fā)鎖存級(jí)。本級(jí)電路在時(shí)鐘的精確控制下，對(duì)前級(jí)比較級(jí)輸出的量化數(shù)字值進(jìn)行觸發(fā)鎖存。（5）輸出緩沖級(jí)。目的是為了在高速 數(shù)字傳輸時(shí)能足以驅(qū)動(dòng)ADC 后級(jí)的50Ω 負(fù)載。電路設(shè)計(jì)時(shí)，已將輸入、輸出端口設(shè)計(jì)為片內(nèi)50Ω 匹配，便于高速測(cè)試及應(yīng)用。