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淺析高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)字特性

電子設(shè)計 ? 來源:網(wǎng)友電子設(shè)計發(fā)布 ? 作者:網(wǎng)友電子設(shè)計發(fā)布 ? 2021-11-21 16:28 ? 次閱讀
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Other Parts Discussed in Post: DAC34H84

作者:Robert Keller,德州儀器

當今的高速數(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《參考文獻 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 時鐘域的輸入 FIFO、插值數(shù)字模塊、精細頻率分辨率數(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。

poYBAGGKcpyAf4WUAAD20i63LFY505.jpg

圖 1 DAC34H84 功能結(jié)構(gòu)圖

第一個數(shù)字模塊是插值模塊,它負責增加 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,來實現(xiàn)插值。利用在輸入采樣點之間插入零來完成這項工作,其在 fIF 和 FIN – fIF 產(chǎn)生兩個信號。通過一個數(shù)字低通濾波器后,去掉了位于 FIN – fIF 的第二個信號,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)時鐘周期初期的數(shù)字采樣對輸出振幅進行相應(yīng)的設(shè)置,然后保持住,直到時鐘周期和下一個輸出采樣末端為止。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(請參見圖 2),其 f = fs/2 時的損耗為 ~ 3.5 dB,并在 fs 倍數(shù)時為零。盡管 DAC 輸出在 N*fs +/- fIF 時會有信號圖像,但較高奈奎斯特 (Nyquist) 區(qū)域的圖像振幅遠低于 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。

pYYBAGGKcp-AaebOAAExSkX8VKk319.jpg

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(實信號時 fin 》 2.5*BW,復信號時 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,復輸入信號使用復混頻器,目的是避免混頻過程中產(chǎn)生圖像。混頻輸出可以為實 IF 信號,也可以是復 IF 信號,在模擬 IQ 調(diào)制器 DAC 之后有效。

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圖 3 2X 插值的 DAC 輸出頻譜

將復 DAC 輸出用于模擬正交調(diào)制器 (AQM),突出表明了高速 DAC 共有的另一個有用的數(shù)字特性—正交調(diào)制器校正模塊。該模塊負責對模擬正交調(diào)制器的增益、相位和偏移失衡進行校正,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,它負責對首個奈奎斯特區(qū)域的 Sin(x)/x 高低頻規(guī)律性衰減進行補償。在 DAC34H84 實施中,該濾波器可以提供高達 0.4*fDAC 的補償,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)實施變得簡單和容易。

參考文獻

“四通道、16 位、1.25 GSPS 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC),” DAC34H84 產(chǎn)品說明書, LIT# SLAS751A,2011 年 6 月。

編輯:jq

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