《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 模擬設(shè)計 > 設(shè)計應(yīng)用 > DAC和ADC助力射頻通信
DAC和ADC助力射頻通信
摘要: 隨著精密的光刻技術(shù)不斷在一定芯片面積上實現(xiàn)更多的晶體管,,數(shù)字技術(shù)水平也在不斷提升。這些進步將對射頻和微...
Abstract:
Key words :

     隨著精密的光刻技術(shù)不斷在一定芯片面積上實現(xiàn)更多的晶體管,,數(shù)字技術(shù)水平也在不斷提升,。這些進步將對射頻和微波設(shè)計帶來巨大影響。例如,,高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)就為軟件定義無線電(SDR)架構(gòu)的實現(xiàn)鋪平了道路,,SDR被廣泛運用于從蜂窩基站到軍用無線電等眾多應(yīng)用中。由于有了高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC),,高精度,、寬動態(tài)范圍的復(fù)雜波形才得以生成。

  從性能方面看,,ADC和DAC是最多樣化的電子元件產(chǎn)品之一,。可從時鐘速率,、頻率范圍,、位分辨率、噪音水平,,功耗和動態(tài)范圍等各項性能指標來甄選一款轉(zhuǎn)換器,。轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品包括面向音頻應(yīng)用的低頻24位分辨率轉(zhuǎn)換器,、面向控制應(yīng)用的較低分辨率,、較低頻率轉(zhuǎn)換器,以及面向醫(yī)療,、軍事,、無線通信應(yīng)用的高分辨率、高性能轉(zhuǎn)換器,。對于這類產(chǎn)品,,一個基本的取舍是精度與頻率:期望的頻率范圍越寬,可用的位分辨率就越低,。例如,,24位ADC和DAC的頻率都在100kHz左右,而工作在1GHz的轉(zhuǎn)換器其最高分辨率約為16位,。

  理想情況下,,模擬信號進入ADC,再傳送至具有相同帶寬和精度的DAC后,,從該DAC輸出的模擬信號應(yīng)等同于原始信號,。但是,與模擬器件一樣,,數(shù)字器件也同樣受到物理和制造方面的限制,,這些限制包括:基底和導(dǎo)體信號損耗、制造公差,以及作為轉(zhuǎn)換過程一部分的由阻抗不匹配造成的信號衰減,。此外,,轉(zhuǎn)換器的位分辨率決定著用于描述模擬信號的數(shù)字狀態(tài)的數(shù)量。對于DAC來說,,由256個數(shù)字狀態(tài)重構(gòu)的波形比由1*位)個數(shù)字狀態(tài)重構(gòu)的波形更接近于原初信號波形,。但某些應(yīng)用可能只需要幾個數(shù)字位的分辨率,成本是選擇ADC和DAC時的另一個權(quán)衡因素,,位分辨率越高,、成本也越高。

  轉(zhuǎn)換器的最低有效位(LSB)決定著進入該轉(zhuǎn)換器的峰值或滿量程電壓范圍可被分割的最小步長,。它也可用來作為轉(zhuǎn)換器位精度的一種度量,,通過微分非線性(DNL)和積分非線性(INL)這兩個參數(shù)表示。理想ADC的兩個連續(xù)輸出碼之間僅相差1個LSB,,而DNL值為零,。但由轉(zhuǎn)換器的電路和封裝引起的增益和相位變化將導(dǎo)致最低有效位發(fā)生一定程度的偏差,因此,,現(xiàn)實應(yīng)用中ADC和DAC的LSB會受到一定程度的影響,,用DNL和INL規(guī)范衡量這種偏差。美信(Maxim)公司的應(yīng)用筆記641包括了與轉(zhuǎn)換器相關(guān)的術(shù)語表(包括DNL和INL的簡明定義),;此外,,美信公司的應(yīng)用說明書283講述了DNL和INL的測量方法。

  隨著便攜式電子設(shè)備越來越多地用于個人和專業(yè)用途,,轉(zhuǎn)換器制造商在不停地尋找新的設(shè)計策略以提高性能同時降低功耗,。以亞德諾半導(dǎo)體(ADI)的AD9125為例,該方案在一個封裝內(nèi)集成了兩個DAC,。AD9125非常適合無線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用,,例如在蜂窩基站內(nèi)產(chǎn)生同相(I)和正交(Q)數(shù)字調(diào)制基帶信號分量,這款16位轉(zhuǎn)換器具有1GSPS的采樣速率,,可支持蜂窩基站的多載波信號生成,。該DAC具有靈活的CMOS接口(見圖)??蓪υ撾pDAC器件輸出的信號進行濾波,,然后饋送至模擬正交調(diào)制器(AQM),再經(jīng)功率放大器放大后在蜂窩站點進行傳輸,。這款雙DAC器件在800MSPS采樣頻率下產(chǎn)生一個70MHz中頻輸出,,可實現(xiàn)-72dBc的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)。在相同采樣速率下,,對于100MHz輸出,,雙音互調(diào)失真(IMD)為-81dBc,。在精度方面,AD9125的DNL和INL的典型值分別為±2.1LSB和±3.7LSB,。

在通信應(yīng)用中,,這款雙通道16位DAC用于產(chǎn)生同相(I)和正交(Q)基帶信號供無線發(fā)射器使用

圖:在通信應(yīng)用中,這款雙通道16位DAC用于產(chǎn)生同相(I)和正交(Q)基帶信號供無線發(fā)射器使用,。

  雖
然是針對基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用設(shè)計,,AD9125雙通道DAC也具有低功耗特性,在采樣率為500MSPS時,,其功耗只有900mW,。該器件采用72引腳LFCSP封裝,滿量程輸出電流可在8.7至31.7mA范圍內(nèi)編程,,負載匹配為25到50Ω,,使用起來非常靈活。

  當兩個DAC仍然不夠用時,,ADI的ADV7123在單個封裝內(nèi)集成了三個DAC,。ADV7123的最高采樣速率為330MSPS,分辨率為10位,,非常適合用于視頻處理,。在50MSPS下,該器件的SFDR為70dB,,輸出頻率為1MHz,。它采用單個3.3或5V DC電源,可提供2至26mA的輸出電流,。

  恩智浦半導(dǎo)體(NXP)的DAC1405D650也為多載波無線發(fā)射器提供了雙DAC,。它具有14位分辨率和650MSPS的最高采樣率。該器件包括一個集成鎖相環(huán)(PLL)和用于生成復(fù)合調(diào)制的板載32位數(shù)控振蕩器(NCO),。當用兩個WCDMA載波以*.4MSPS的采樣速率測試時,其相鄰信道功率比(ACPR)為-71dBc,、輸出頻率為96MHz,。在上述采樣速率和輸出頻率下,其三階IMD為-80dBc,。這種雙DAC具有片上1.25 V參考電壓,,并可提供可調(diào)的差動輸出電流(1.6至22.0mA)。

  美信,、凌力爾特(Linear)和德州儀器(TI)也已開發(fā)出針對無線通信應(yīng)用的DAC,。美信的MAX19693是一款12位DAC,工作在4GSPS的采樣速率下,,可用超過1.5GHz的帶寬合成信號,。它提供四個12位的復(fù)用低壓差分信令(LVDS)輸入端口,,每個端口可工作在1GHz的雙倍數(shù)據(jù)速率(DDR)或四倍數(shù)據(jù)速率(QDR)模式,以實現(xiàn)總的4GHz速率,。這款高速DAC采用11×11mm的CSBGA封裝,,在4GSPS時,功耗是1180mW,。凌力爾特的LTC1666,、LTC1667和LTC1668是分辨率分別為12、14和16位的DAC,,可支持最高500MSPS的采樣速率,。對于1MHz的輸出信號,差分輸出SFDR高達87dB,。這三款低功耗器件工作在±5V DC電源下,,功耗僅為180mW。TI的DAC5681 DAC工作在1GSPS的采樣速率下,,具有16位分辨率,,采用LVDS輸入信號格式和電流輸出格式。其典型SFDR為81dB,。

  為對模擬信號進行采樣,,上述許多供應(yīng)商都提供能夠?qū)o線通訊和軍用通信系統(tǒng)內(nèi)的模擬信號數(shù)字化的高性能ADC。近日,,美國國家半導(dǎo)體公司(NSC)推出了雙通道12位ADC ADC12D1x00系列,,其中的雙通道可交織(interleave)成為單通道以實現(xiàn)3.6GSPS的采樣速率。該系列ADC產(chǎn)品包括:在單通道交織模式下,,采樣速率為3.6GSPS的ADC12D1800,;單通道模式,采樣速率為3.2GSPS的ADC12D1600,;單通道模式,,采樣速率為2.0GSPS的ADC12D1000。

  在凌力爾特(Linear)公司的高速ADC中,,LTC2209是一款工作在160MSPS的16位器件,。采用700MHz的全功率輸入帶寬時,該器件具有77.3dB的基帶信噪比和100dB的SFDR和,。美信的MAX109 ADC在 2.2GSPS采樣速率下具有8位分辨率,,額定滿功率輸入帶寬為2.8GHz。它可用于單端和差分輸入信號,,并以標準LVDS格式輸出數(shù)據(jù),。ADI的AD6600是一款雙通道ADC,可直接采樣高達250MHz的模擬中頻(IF)信號,。這款高集成度器件包括1GHz輸入放大器,、寬帶450MHz跟蹤保持(T/H)放大器和一個11位,、20MSPS的ADC,該ADC可以最高采樣速率進行單通道操作,,或在雙通道時每通道采樣速率為10MSPS,。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。