---系統開發工程師面臨著無線和有線通信系統需要更低噪聲、更高速、多載波、更大寬帶和更快速配置的挑戰。圖1示出了高速轉換器提供測量信號路徑中的功率放大器預失真、接收信號路徑中的基帶(I/Q)信號檢測以及發射信號路徑中的調制。熟悉數據轉換器體系結構、參考設計以及建模工具將有助于設計工程師為系統設計選擇最佳的數據轉換器。
---數據轉換器的配置直接影響系統檢測小信號的能力,尤其是存在干擾時。設計工程師必須選擇數據轉換器以滿足功耗、速度和精度的要求,同時還要滿足封裝尺寸、成本和投放市場時間的要求。
---理想情況下,預期的元器件性能應該與它們的實際性能非常接近,以便將再設計及其成本降到最低。詳細的仿真和評估工具非常有效,并且可以在實際硬件產生前分析系統配置。這樣可以減小硬件的改變,簡化數據轉換器的選擇過程并且加速開發。
系統級體系結構
---在整個設計過程中要進行性能和成本的折中。應該確定使用超外差采樣還是直接變頻方法,現在的許多接收機采用中頻(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據轉換器會影響系統性能,包括電源變化、極端溫度和無源元件的允許差。
---系統體系結構的確定涉及許多因素,包括從理論知識、系統分析和參考設計。以前類似的成功設計可以指導選擇哪一個體系結構。在系統分析級,應該探討的一個問題：是在一個12位ADC前加一個增益級還是用一個14位ADC來實現,或者考慮是使用雙DAC加模擬調制器產生IF還是使用非常高速的DAC。參考設計可以演示元件已證實的性能,但這只能簡單地提供一個指導原則,因為實際性能依賴于元器件在實際系統條件下如何工作。
系統技術要求
---無線、有線、點對點和高速通信系統的設計工程師需求的元器件應該支持：提高速度以適應信號帶寬的提高;提高分辨率以適應小信號檢測;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,這導致更快的通信和更好的反應能力。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。 數據轉換器技術指標
---選擇數據轉換器的第一步是把通信標準要求轉化成系統級要求。例如,用于寬帶CDMA的3GPP標準要求有用信道上的阻塞抑制為87dB。這就確定了收發器信號鏈數據轉換器對信噪比(SNR)、增益和噪聲指數(NF)的要求。
---選擇數據轉換器的下一步涉及到數據轉換器的技術指標與系統要求進行比較。必須明確定義關鍵的系統要求,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,越能滿足系統投放市場時間和成本的要求。
---高速數據轉換器提供多種特性,以幫助設計工程師優化他們的通信系統性能,這些特性包括：分辨率(由位數確定,決定可檢測的最小信號);模擬帶寬(確定可轉換的最高模擬輸入頻率或輸出頻率);編碼或時鐘速率(確定數據轉換器的采樣速度);無雜散動態范圍(確定ADC對干擾的靈敏度或DAC的發送掩碼);噪聲和失真(能夠限制數據轉換器的動態性能);線性、失調和增益(確定數據轉換器輸出如何精確地表示輸入);功耗(能夠影響系統劃分和總系統預算)。
--- 除了數據轉換,設計工程師也必須考慮其他功能,例如DSP、時鐘生成和鎖相。數據轉換器非常依賴于輸入模擬信號和采樣時鐘的特性。
------較高的頻率和帶寬對應于較快的轉換速率和較高的噪聲。多通道系統可能要求在相同的封裝內有多個數據轉換器以減小尺寸,尤其是像微微蜂窩區這樣的室內收發器單元。電池供電的便攜式手持系統必須保持低功耗。
---大多數的數據轉換器的技術指標表都規定標準工作條件,例如,輸入頻率、采樣速率、電源電壓和溫度,實際工作條件將根據系統要求變化。因此,設計工程師必須考慮這些變化將如何影響數據轉換器的線性度、動態范圍、噪聲和失真。 數據轉換器性能
---檢查數據轉換器工作性能如何的一種方法是在評估板上運行它,這需要在獲得數據的同時進行硬件配置、測試和修改工作條件。如果數據轉換器工作得不好,設計工程師必須用另外的器件重新運行上述評估過程。另外,工程師常常希望用所選的時鐘和(或)PLL電路來評估性能。對這種硬件的獲得和配置要增加數據轉換器的評估時間,這個過程可能需要幾周的時間。但是,現在有一種替代方法！
---更快地選擇數據轉換器過程是：首先使用仿真工具觀察數據轉換器的性能,這需要符合實際系統工作條件的精確數據轉換器模型。然后設計工程師會在建立任何硬件之前選擇數據轉換器。 數據轉換器模型和評估工具
---現在有許多系統級仿真工具。例如,ADI公司的ADIsimADC軟件設計工具是一種行為建模實例,它使用測試數據、噪聲和失真多項式和傳遞函數來說明一個模數轉換器如何在用戶定義的工作條件下完成轉換。ADIsimADC提供可以由更高級別系統仿真調用的動態鏈接庫程序前端。參考文獻3比較詳細地介紹了如何對數據轉換器建模。
---圖2示出輸入數據轉換器參數的一個例子。使用包括許多器件模型的ADI公司數據轉換器的詳細特性參數生成轉換的數據,也包括用于比較理想的ADC模型。評估軟件和數據轉換器模型都可以在www.analog.com/ADIsimADC網站獲得。
---使用ADIsimADC工具,設計工程師能夠在實際條件下快速評估數據轉換器的性能。當硬件實現時,可以結合實驗室數據和仿真數據來考慮系統總體性能。 參考文獻
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 |
