信號(hào)鏈基礎(chǔ)知識(shí)# 55:高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字特性
2011-12-27
作者:Robert Keller,,TI高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)兼應(yīng)用經(jīng)理
當(dāng)今的高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 通常都包含有許多數(shù)字信號(hào)處理模塊,,讓其更加易于使用。應(yīng)論述需要,,我們使用了 TI 的 DAC34H84(詳見(jiàn)《參考文獻(xiàn) 1》),它是一款 4 通道,、16 位,、1250 Msps的 DAC。這樣做的原因是,,它是一種典型的高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器,,擁有隔離輸入和 DAC 時(shí)鐘域的輸入 FIFO、插值數(shù)字模塊,、精細(xì)頻率分辨率數(shù)字正交調(diào)制,、模擬正交調(diào)制器校正以及 sin(x)/x校正(請(qǐng)參見(jiàn)圖1)。本文將逐一介紹這些特性的功能和作用,。
圖1 DAC34H84 功能結(jié)構(gòu)圖
第一個(gè)數(shù)字模塊是插值模塊,,它負(fù)責(zé)增加 DAC 內(nèi)部數(shù)字信號(hào)的采樣速率。一般而言,,利用兩倍采樣速率增加步驟,,來(lái)實(shí)現(xiàn)插值。利用在輸入采樣點(diǎn)之間插入零來(lái)完成這項(xiàng)工作,,其在 fIF和 FIN – fIF產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào),。通過(guò)一個(gè)數(shù)字低通濾波器后,去掉了位于 FIN – fIF的第二個(gè)信號(hào),,只在 fIF留有信號(hào),。使用插值的原因與大多數(shù)高速 DAC 使用的零階保持輸出結(jié)構(gòu)有關(guān)。利用零階保持,,DAC 根據(jù)時(shí)鐘周期初期的數(shù)字采樣對(duì)輸出振幅進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置,,然后保持住,直到時(shí)鐘周期和下一個(gè)輸出采樣末端為止,。這樣便產(chǎn)生一種“上樓梯式”的輸出,,其頻率響應(yīng)如方程式1 表示:
sin(π*fIF/fs)/(?π*fIF/fs) 方程式 1
其中,fIF為模擬輸出頻率,,而 fs為采樣速率,。這種響應(yīng)具有低通效果(請(qǐng)參見(jiàn)圖2),,其 f = fs/2時(shí)的損耗為 ~ 3.5 dB,,并在 fs倍數(shù)時(shí)為零。盡管 DAC 輸出在 N*fs +/- fIF時(shí)會(huì)有信號(hào)圖像,,但較高奈奎斯特(Nyquist) 區(qū)域的圖像振幅遠(yuǎn)低于 fIF處的信號(hào),,從而有更低的信噪比(SNR),并可能出現(xiàn)明顯的振幅下降。這便將大多數(shù)應(yīng)用限制在 fs/2以下的輸出信號(hào)頻率,。另外,,fIF處的信號(hào)和 fs – fIF圖像之間的間隔,隨著 fIF接近 fs/2而減小,,從而讓 DAC 輸出端的模擬濾波器(作用是去除 fs – fIF多余圖像)難以建立,,最終將大多數(shù)應(yīng)用的 fIF限制在 fs/3以下。
圖2 無(wú)插值模塊的DAC 輸出頻譜
利用 DAC 插值模塊增加 DAC 內(nèi)部采樣速率,,只需讓 DAC 的數(shù)字接口速率 fIN足夠高,,以允許信號(hào)帶寬傳輸,并且只需增加少量的額外帶寬便可以擁有插值濾波器過(guò)渡頻帶(實(shí)信號(hào)時(shí) fin > 2.5*BW,,復(fù)信號(hào)時(shí) fin > 1.25*BW),。利用插值增加采樣速率,可以讓信號(hào)輕松地位于 fs/2以下,。
增加采樣速率的另一個(gè)好處是,,讓數(shù)字混頻能夠?qū)⑤敵鯥F增加至更高頻率。例如,,使用 2X 插值,,輸出頻率便可高于 fin/2,而如果不使用插值就不可能獲得這一結(jié)果(請(qǐng)參見(jiàn)圖3),。一般而言,,復(fù)輸入信號(hào)使用復(fù)混頻器,目的是避免混頻過(guò)程中產(chǎn)生圖像,?;祛l輸出可以為實(shí) IF 信號(hào),也可以是復(fù) IF 信號(hào),,在模擬 IQ 調(diào)制器 DAC 之后有效,。
圖3 2X 插值的DAC 輸出頻譜
將復(fù) DAC 輸出用于模擬正交調(diào)制器(AQM),突出表明了高速 DAC 共有的另一個(gè)有用的數(shù)字特性—正交調(diào)制器校正模塊,。該模塊負(fù)責(zé)對(duì)模擬正交調(diào)制器的增益,、相位和偏移失衡進(jìn)行校正,從而改善 AQM 邊帶抑制度和 LO 饋通性,。
最后,,位于數(shù)字信號(hào)鏈末端的是數(shù)字 FIR 濾波器,它負(fù)責(zé)對(duì)首個(gè)奈奎斯特區(qū)域的 Sin(x)/x 高低頻規(guī)律性衰減進(jìn)行補(bǔ)償,。在 DAC34H84實(shí)施中,,該濾波器可以提供高達(dá) 0.4*fDAC的補(bǔ)償,且誤差低于 0.03dB,。
正如本文所述,,如 DAC34H84等高速 DAC 擁有大量的數(shù)字特性,。這些特性,通過(guò)降低數(shù)據(jù)速率和改善輸出信號(hào)特性,,讓系統(tǒng)實(shí)施變得簡(jiǎn)單和容易,。
下一次,我們將研究隨機(jī)抖動(dòng)和相位噪聲之間的關(guān)系,,敬請(qǐng)期待,。
參考文獻(xiàn)
1. “四通道、16 位,、1.25 GSPS 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC),,”DAC34H84 產(chǎn)品說(shuō)明書(shū),LIT#SLAS751A,,2011 年6 月,。
2. 如欲了解TI DAC 的更多詳情,敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn):www.ti.com/dac-ca,。