信號鏈基礎知識55：高速數模轉換器的數字特性

當今的高速數模轉換器 (DAC) 通常都包含有許多數字信號處理模塊，讓其更加易于使用。應論述需要，我們使用了 TI 的 DAC34H84（詳見(jiàn)《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模轉換器，擁有隔離輸入和 DAC 時(shí)鐘域的輸入 FIFO、插值數字模塊、精細頻率分辨率數字正交調制、模擬正交調制器校正以及 sin(x)/x 校正（請參見(jiàn)圖 1）。本文將逐一介紹這些特性的功能和作用。

圖 1 DAC34H84 功能結構圖

第一個(gè)數字模塊是插值模塊，它負責增加 DAC 內部數字信號的采樣速率。一般而言，利用兩倍采樣速率增加步驟，來(lái)實(shí)現插值。利用在輸入采樣點(diǎn)之間插入零來(lái)完成這項工作，其在 fIF 和 FIN – fIF 產(chǎn)生兩個(gè)信號。通過(guò)一個(gè)數字低通濾波器后，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高速 DAC 使用的零階保持輸出結構有關(guān)。利用零階保持，DAC 根據時(shí)鐘周期初期的數字采樣對輸出振幅進(jìn)行相應的設置，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。這種響應具有低通效果（請參見(jiàn)圖 2），其 f = fs/2 時(shí)的損耗為 ~ 3.5 dB，并在 fs 倍數時(shí)為零。盡管 DAC 輸出在 N*fs +/- fIF 時(shí)會(huì )有信號圖像，但較高奈奎斯特 (Nyquist) 區域的圖像振幅遠低于 fIF 處的信號，從而有更低的信噪比 (SNR)，并可能出現明顯的振幅下降。這便將大多數應用限制在 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(zhù) 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，最終將大多數應用的 fIF 限制在 fs/3 以下。

圖 2 無(wú)插值模塊的 DAC 輸出頻譜