《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字特性
摘要: TI 的 DAC34H84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(請參見圖 1)。本文將逐一介紹這些特性的功能和作用。
Abstract:
Key words :

 

 TI 的 DAC34H84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(請參見圖 1)。本文將逐一介紹這些特性的功能和作用。

  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)字信號的采樣速率。一般而言,利用兩倍采樣速率增加步驟,來實(shí)現(xiàn)插值。利用在輸入采樣點(diǎn)之間插入零來完成這項(xiàng)工作,其在 fIF 和 FIN – fIF 產(chǎn)生兩個(gè)信號。通過一個(gè)數(shù)字低通濾波器后,去掉了位于 FIN – fIF 的第二個(gè)信號,只在 fIF 留有信號。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:

  

圖 1 DAC34H84 功能結(jié)構(gòu)圖

 

  圖 1 DAC34H84 功能結(jié)構(gòu)圖

  

頻率響應(yīng)如方程式

 

  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(請參見圖 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)會有信號圖像,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,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 以下的輸出信號頻率。另外,fIF 處的信號和 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 無插值模塊的 DAC 輸出頻譜

 

  圖 2 無插值模塊的 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渡頻帶(實(shí)信號時(shí) fin > 2.5*BW,復(fù)信號時(shí) fin > 1.25*BW)。利用插值增加采樣速率,可以讓信號輕松地位于 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(請參見圖 3)。一般而言,復(fù)輸入信號使用復(fù)混頻器,目的是避免混頻過程中產(chǎn)生圖像?;祛l輸出可以為實(shí) IF 信號,也可以是復(fù) IF 信號,在模擬 IQ 調(diào)制器 DAC 之后有效。

  

2X 插值的 DAC 輸出頻譜

 

  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)字信號鏈末端的是數(shù)字 FIR 濾波器,它負(fù)責(zé)對首個(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,通過降低數(shù)據(jù)速率和改善輸出信號特性,讓系統(tǒng)實(shí)施變得簡單和容易。

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