軟件無(wú)線(xiàn)電中的模數轉換器

決定A/D性能的因素主要有以下幾個(gè):

2.1 采樣率和分辨率

采樣率由信號帶寬決定,分辨率(位數)則要滿(mǎn)足一定的動(dòng)態(tài)范圍和數字信號處理精度,A/D的分辨率越高(位數越多),需要轉換的時(shí)間越長(cháng),轉換速率就越低,兩者相互制約。高速A/D的結構主要采用全并行或閃爍式,而高分辨率A/D主要采用Σ-Δ結構。有關(guān)A/D的具體應用可見(jiàn)參考文獻[1]。

2.2 無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍的信噪比

無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)用來(lái)度量轉換器中的非線(xiàn)性誤差源,常是高速器件性能的限制因素。如果沒(méi)有最高線(xiàn)性度,任何失真或諧波都會(huì )產(chǎn)生強信號的像頻,與真正的信號難以區分。信噪比(SNR)則是度量一個(gè)信號不論它比噪聲底值高多少,轉換器必須仍能檢測到它。與SFDR有很大關(guān)系的是近遠(near-far)問(wèn)題。在某些系統,無(wú)線(xiàn)電即使只在幾個(gè)信道外出現很強信號的情況下,也必須能檢測到一個(gè)弱信號,而強信號的失真分量所產(chǎn)生的大寄生信號可能淹沒(méi)弱邊緣信號。SFDR性能指標允許對靠近噪聲底值的信號進(jìn)行SNR評估。解決近遠問(wèn)題的一個(gè)基本方法是采用可編程增益級。AGC的調節可以適合接收信號的強度,從而A/D總是接收一個(gè)同樣強度的信號,降低對其動(dòng)態(tài)范圍的要求,但不適合接收多個(gè)不同強度信號的寬帶接收機。

軟件無(wú)線(xiàn)電寬波段設計的另一個(gè)困難是數據變換器的SFDR在數字化一個(gè)全標度信號時(shí)與較小信號工作時(shí)是不同的。對于較低電平的信號,SFDR比一般較好,因為變換器在其范圍內的其余部分具有更高的線(xiàn)性度,而在全標度上變換器的非線(xiàn)性和跟蹤/保持轉換率受限制。因此,在全標度的附近減小信號也可以改善SFDR。

為了提取強信號環(huán)境下的弱信號,可選的A/D轉換器主要有兩種:A.管道式(pipeline)結構,其SFDR和SNR分別可以達到100dB(20MHz輸入時(shí))和75dB以上;B.粗細調整型A/D,采用稱(chēng)為數字兩端式兩級A/D轉換結構,對輸入信號進(jìn)行粗采樣、細采樣,并對細采樣數據進(jìn)行校正,從而實(shí)現極低的采樣抖動(dòng)(達0.3ps)。

2.3 與處理器的接口

隨著(zhù)A/D和D/A速度的提高,轉換結果到MCU和DSP的數據速度也需要提高。目前主要采用如下技術(shù):①在A(yíng)/D內部集成FIFO存儲器和與處理器兼容的SPI串行接口;②采用并行接口;③直接把A/D或D/A集成在處理器內部。

由于處理器的數字噪聲對A/D轉換器性能有重要影響,在高速數據轉換器的應用中,幾乎都用與MCU或DSP分離的方法設計系統。

本文探討了軟件無(wú)線(xiàn)電中的數據變換器應用的若干問(wèn)題,涉及不夠全面。由于數據變換器的高速、大容量應用,在電路設計方面還有很多技巧。器件的不斷發(fā)展也在提供著(zhù)更好的處理方法。