K波段直接數字化的高級寬帶采樣方案 ——擴展射頻可能性的邊界

引言

在當今這個(gè)數字內容、互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)和物聯(lián)網(wǎng)設備大爆炸的世界，人們對擴展通信網(wǎng)絡(luò )能力的需求越來(lái)越高。為了滿(mǎn)足這種需要，Teledyne e2v一直探索數字微波采樣 的前沿技術(shù)，最近已在實(shí)驗套件上成功驗證。它可支持K波段的直接數字下變頻。這是今年的早些時(shí)候在ESA MTT workshop提出的使用EV12DS480寬帶DAC實(shí)現 直接K波段綜合的工作的后續進(jìn)展，在技術(shù)論文1和最近 的網(wǎng)絡(luò )研討會(huì )²上有進(jìn)一步的描述。

項目目的

這個(gè)項目的目標是實(shí)現24GHz的模擬前端，支持微波K 波段（即頻率范圍18到27GHz）信號能量的直接數字化。目標的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）優(yōu)于50 dBc。

微波前端板（FEB）的開(kāi)發(fā)和兩個(gè)現有的GHz的高速器件相關(guān)，這兩個(gè)器件由Teledyne Scientific和Teledyne e2v分別開(kāi)發(fā)。測試實(shí)驗運行在高性能FEB上，整合了12位寬帶數據轉換器EV12AQ600和超高頻雙路追蹤保 持放大器（THA）RTH120。

前者的采樣率高達6.4 Gsps，全功率輸入信號帶寬高達 6.5 GHz。而追蹤保持器的帶寬高達24 GHz，并且擁有 優(yōu)異的線(xiàn)性度性能。因此，通過(guò)應用奈奎斯特定理并選 擇合適的采樣頻率，這套設備可直接從K波段下變頻到 基帶，從而使ADC直接采集有用的信號，無(wú)需額外的下變頻電路。這一方案的指導原則是用途廣泛的軟件定義 微波接收器，它提高了射頻系統設計的敏捷度，同時(shí) 簡(jiǎn)化了射頻信號采集系統的設計，并潛在地降低了功 耗。另外，我們也希望通過(guò)這個(gè)項目，在未來(lái)確實(shí)降 低實(shí)際應用的功耗。

這篇文檔描述了研究的狀態(tài)和最新的發(fā)現，并提出了 需改進(jìn)的部分。 

我們將進(jìn)行的一系列測試的目的是找出當今K波段（18到 27GHz）直接下變頻技術(shù)的不足。從下列初始的無(wú)雜散 動(dòng)態(tài)范圍測試中可以發(fā)現三個(gè)問(wèn)題： 

? 輸入信號功率對THA性能的影響 

? 當工作在高奈奎斯特域時(shí)，低頻校準對ADC交織性能的 影響 

? 在高奈奎斯特域采樣時(shí)，ADC內部積分非線(xiàn)性（INL)錯 誤的影響 

最后，Teledyne e2v希望這個(gè)項目得出的結論對下一代 K波段產(chǎn)品的設計有一些指導意義。 

項目開(kāi)始 

前端板（FEB）的基本框圖如圖1所示。FEB被設計成 包含寬帶ADC和用作輸入級的THA。仔細觀(guān)察圖2的 FEB，會(huì )發(fā)現它包含了一些額外的支持器件，包括一個(gè) 功分器、一個(gè)移相器和一些巴倫。板子還提供了兩路獨 立的輸入：一路繞過(guò)RTH120，優(yōu)化第一和第二奈奎斯特 域采樣高達6GHz的性能（圖中未畫(huà)出）；另一路用于6 到24GHz的寬帶操作。在項目開(kāi)始時(shí)，RTH120還是一 款正在經(jīng)歷優(yōu)化的試生產(chǎn)產(chǎn)品。 這個(gè)實(shí)驗系統初始的ADC默認配置如下： 

? 輸入帶寬 (6.5 GHz) 

? 一通道模式，所有四個(gè)核心交織成最大采樣率（例如 6.4Gsps） 

? 采樣頻率設置成5Gsps 

? 交織校準按照數據手冊中標準默認的設置配置，在下文 中都稱(chēng)之為CalSet0 

圖1-FEB測試評估設備和關(guān)鍵器件

圖2-載板上的FEB初始樣機的照片