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

第一次動(dòng)態(tài)測試的結果

FEB的初始測試表現出波動(dòng)的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍 （SFDR）響應（圖3）。在不同的ADC信號滿(mǎn)刻度范圍 （SFSR）進(jìn)行兩次獨立的掃頻。掃頻覆蓋的信號頻率 超過(guò)30GHz。圖3放大了17GHz到25GHz的范圍。

圖3-基線(xiàn)FEB性能（SFDR從17到25GHz）

檢查初始結果

SFDR的特性有很大的分析價(jià)值，并為未來(lái)的動(dòng)態(tài)性能 提升提供了參考。從這些結果（圖3）可以看出：

?   低輸入信號功率的SFDR平坦度更好（圖3比較 了-7dBFS和-13dBFS的結果）

?   初始的實(shí)驗配置難以實(shí)現我們預期的50dBc SFDR的目標提高性能的第一步是找出限制SFDR的信號雜散。下圖 （圖4）標出了輸入電平-7dBFS和-13dBFS時(shí)主要的雜 散，用dBFS表示。

圖 4 - 兩種信號功率的基線(xiàn)FEB性能 （SFDR從17到25GHz）

從上圖可以看出，對于不同的頻率范圍和輸入幅度，變化的雜散頻率分量可以看作SFDR波動(dòng)的原因，請參考圖中最大雜散的曲線(xiàn)。圖中也標注了二次諧波（H2）和 三次諧波（H3）以及采樣時(shí)鐘（Fc/4）的影響。仔細觀(guān)察，您還會(huì )發(fā)現：

?   從最大雜散（深色曲線(xiàn)）可以看出，H2是最主要的影 響因素，特別是對于-7dBFS。

?   如果H2可以被改進(jìn)，下一個(gè)影響最大的因素顯然是Fc/4 性能，它對小信號曲線(xiàn)（-13dBFS）的影響很大。但是，對于上面兩種信號功率，Fc/4限制SFDR大約在 58dBFS(在18GHz到22GHz之間）。如果不改進(jìn)這個(gè)問(wèn) 題，很難進(jìn)一步提高動(dòng)態(tài)性能。Fc/4的問(wèn)題表明多個(gè) ADC核心交織可能產(chǎn)生的一些問(wèn)題。雜散信號的根源是 偏置不匹配。

?   通過(guò)優(yōu)化，-13dBFS的SFDR有可能達到50到60dBc之 間。

根據產(chǎn)品資料，唯一提升THA性能（通過(guò)降低H2）的方 法是降低輸入信號電平。這對SFDR受H2限制的場(chǎng)合很 有用，例如-7dBFS的SFSR時(shí)19.5GHz以下或21.5GHz以 上的范圍。

優(yōu)化數據轉換器的性能

另一方面，ADC可提供默認工作方式以外的多種自由的 配置。初始的測試表明核心交織的精度問(wèn)題，這并不奇 怪。標準的交織校準（ILG）是在工廠(chǎng)的產(chǎn)品測試時(shí)完成 的。顯然，它按照基帶工作優(yōu)化，并不適用于這種大帶 寬的應用。

ADC交織的詳細測試表明，雜散的最大的來(lái)源是偏置不 匹配。我們測量了一系列頻率的偏置影響，通過(guò)仔細的 調整，大幅地降低了Fc/4雜散（圖5）。對于K波段的應 用，21.5GHz的校準得到了非常好的結果。

校準前和校準后系統的K波段性能如圖5所示。上面的曲 線(xiàn)是默認設置（CalSet0）的結果，下面的曲線(xiàn)是改進(jìn)的 高頻校準的結果。通過(guò)后者的校準，偏置、增益和相位 不匹配都得到了補償。在整個(gè)K波段，系統的SFDR提高 了將近15dB，這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。

圖5 - 校準ILG的影響

交織校準之后對于某些頻點(diǎn)，H2較低而H3變成了主導因素，如圖4中 21GHz附近的點(diǎn)。在這種情況下，我們需要通過(guò)INL的校準進(jìn)一步降低ADC的雜散。

圖6 - INL校準對H3的影響

雖然進(jìn)一步提升性能的選項不多，但顯然ADC積分非線(xiàn) 性（INL）的性能會(huì )影響H3。和交織（ILG）類(lèi)似，產(chǎn)品 測試時(shí)的INL校準通常是針對基帶工作優(yōu)化的。Teledyne 的測試工程師認為，如果針對高奈奎斯特域重新校準 INL，將進(jìn)一步改善動(dòng)態(tài)性能。 調整INL并不是用戶(hù)可以通過(guò)程序完成的工作，也不應當 是。這種調整極具挑戰性。從原理上說(shuō)，提升理想轉換 器模型的INL有可行且有限的方法。工程師需要搭建測試 設備以實(shí)現這些調整方法。 通過(guò)盡可能降低高頻INL，我們把17到25GHz范圍里的 H3優(yōu)化了3到5dB（圖6）。

圖 7 - 校準前和校準后的K波段SFDR