AD6645型A/D轉換器在軟件無(wú)線(xiàn)電中的設計原理及應用

1 引言

A/D轉換器在系統中所處的位置是很關(guān)鍵的，因為它直接反映軟件化的程度.對理想的軟件無(wú)線(xiàn)電而言,A/D轉換器的動(dòng)態(tài)范圍必須為100dB~120dB,最大信號輸入頻率在1GHz~5GHz之間，目前器件發(fā)展水平很難實(shí)現這些技術(shù)指標，即使實(shí)現了這些指標，如此大的數據量也是后面DSP無(wú)法承擔的,所以折中的方案就是進(jìn)行中頻采樣.

軟件無(wú)線(xiàn)電是基于一種通用的硬件平臺,通過(guò)加載不同的軟件實(shí)現不同的無(wú)線(xiàn)通信功能.它是一種全新的開(kāi)放式結構體系，其核心設計思想是在盡可能靠近天線(xiàn)的地方使用寬帶A/D轉換器,在射頻段將信號數字化,在DSP中用軟件實(shí)現所有功能.受硬件發(fā)展水平的限制。目前存在二大瓶頸:

一是A/D轉換器的速率和性能；

二是DSP的處理速度.

2 選擇依據

A/D轉換器的選擇既要考慮A/D轉換器的性能又要考慮能滿(mǎn)足系統所要求的動(dòng)態(tài)范圍和性能指標。評價(jià)A／D轉換器的性能指標主要有A／D轉換位數、無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)、信噪比(SNR)、轉換速率、量化靈敏度等。一般來(lái)說(shuō)A／D轉換器的轉換位數越多越好，轉換位數越多，其動(dòng)態(tài)范圍就越高。由于本設計硬件平臺中選用的HSP50214型可編程下變頻器輸入是14位，因此選用14位的A/D轉換器。在目前的軟件無(wú)線(xiàn)電中頻方案里，一般都采用欠采樣技術(shù)，采樣頻率一般為幾十赫茲至上百赫茲，若對中頻為70MHz、帶寬為2MHz的信號(AM或FM)采用40MHz采樣，由A／D轉換器的理論SNR公式可知：
SNR=6．02B+1．76+10Logl0(fs/2fmax)dB
=6．02x14+1．76+10log10(40x106／2x71xl06)dB
=81dB

式中，B為A／D轉換器的位數，f為采樣速率，fmax為輸入信號的最高頻率。在實(shí)際測試中．A/D轉換器的最后2位會(huì )不停變化，其有效位(ENOB)為12位，代人上式后可得SNR為69dB。所以AD6644和AD6645都能滿(mǎn)足要求，由于AD6645的孔徑抖動(dòng)小于0．2ps，AD6645的孔徑抖動(dòng)小于0．3ps．所以在中頻接收系統中用AD6645效果會(huì )更好一些。目前市場(chǎng)上的高速采樣器件種類(lèi)繁多，表1列出一些主流A／D轉換器的主要技術(shù)參數。

3 主要特點(diǎn) AD6645,pdf datasheet (AD Converter)
AD6645是寬帶A／D轉換器系列中繼AD9042(12位41MS／s)和AD6640(12位65MS／s)、AD6644(14位，40MS／s，65MS／s)后的第四代產(chǎn)品，其主要特 點(diǎn)如下：
●保持采樣率可達80MS／s；
●工作帶寬達270MHz；
●多音無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)為100dB；
●對200MHz信號采樣時(shí)采樣抖動(dòng)時(shí)間為Qlps；
●數字輸出可以在3．3V下工作．便于與數字ASIC接口;
●功耗為1．5W。

4 工作原理
如圖1所示．AD6645采用3級子區式轉換結 構．這種設計的好處是既保證了轉換的精度和速度 又實(shí)現了較小的功耗和封裝尺寸。AD6645有2個(gè) 互補的模擬輸入端AIN和五AIN.2路輸入經(jīng)過(guò)緩沖 后先進(jìn)入第一個(gè)保持器THl．ENCODE脈沖為高時(shí) TH1處于保持狀態(tài)．THl的保持值作為5位A／D轉 換器ADCl的輸入．其輸出驅動(dòng)1個(gè)5位D／A轉換 器DACl。經(jīng)過(guò)延遲后的模擬信號減DACl的輸出 后在TH3的輸入端產(chǎn)生第一個(gè)剩余信號，保持器 TH2補償由ADCl造成的延遲。 在由1個(gè)5位ADC2、5位DAC2和1個(gè)TH4組 成的第二轉換階段中．TH4保持的第一個(gè)剩余信號 減去DAC2的量化輸出產(chǎn)生第二個(gè)剩余信號作為 TH5的輸人．TH5驅動(dòng)最后1個(gè)6位A／D轉換器 ADC3。將ADC1、ADC2和ADC3的輸出相加并經(jīng)數字誤差校正邏輯修正后將得到并行輸出的14位2進(jìn)制補碼數據。

5 實(shí)際應用
5．1 時(shí)鐘輸入電路
為了保證14位的精度，對AD6645的采樣時(shí)鐘 質(zhì)量要求較高且要具有低相位噪聲。為了獲得最佳 性能．AD6645的時(shí)鐘必須采用差分輸入，時(shí)鐘信號可通過(guò)1個(gè)變壓器或電容器交流耦合到ENCODE和面ENCODE腳．這2個(gè)引腳在片內被偏置，無(wú)需外 加偏置電路。為了提高時(shí)鐘信號的差分輸入質(zhì)量， 本設計采用了Motorola公司的MCl00LNEl6型低 壓差分接收器．它的抗抖動(dòng)性能非常好。整個(gè)連接 電路如圖2所示。差分輸出端Q和Q的電壓較小， 和后面的AD6645輸入電壓不匹配，因此分別加上 偏置電壓。