千兆采樣ADC確保直接RF變頻

　　隨著(zhù)模數轉換器(ADC)的設計與架構繼續采用尺寸更小的過(guò)程節點(diǎn)，一種新的千兆赫ADC產(chǎn)品應運而生。能以千兆赫速率或更高速率進(jìn)行直接RF采樣且不產(chǎn)生交織偽像的ADC為通信系統、儀器儀表和雷達應用的直接RF數字化帶來(lái)了全新的系統解決方案。

　　最先進(jìn)的寬帶ADC技術(shù)可以實(shí)現直接RF采樣。就在不久前，唯一可運行在GSPS (Gsample/s)下的單芯片ADC架構是分辨率為6位或8位的Flash轉換器。這些器件能耗極高，且通常無(wú)法提供超過(guò)7位的有效位數(ENOB)，這是由于Flash架構的幾何尺寸與功耗限制需要取舍。

　　因此，對超過(guò)1 GHz的較高動(dòng)態(tài)范圍模擬輸入信號進(jìn)行采樣的唯一方法，就是利用一個(gè)采樣時(shí)鐘來(lái)交錯連接多個(gè)高速ADC內核，此采樣時(shí)鐘針對每個(gè)內核都有精確的交錯相(或占空比)。模擬輸入需分割并多路復用至每一個(gè)ADC，這便為新信號噪聲進(jìn)入信號鏈及降低輸入功率創(chuàng )造了機會(huì )。雖然此方法能為某些應用提供充分結果，但設計較復雜，并且在需要數字濾波的輸出頻域內會(huì )產(chǎn)生糟糕的干擾交錯偽像。

　　1 快速還是半速?

　　在快速傅里葉變換(FFT)的頻率響應中看到交錯“雜散”，其中每個(gè)內部交錯式ADC內核的輸入失調、增益、帶寬和樣本時(shí)序并非嚴格匹配。這便為系統設計人員增添了規劃復雜性，使其難以預先確定頻率內的交錯偽像，進(jìn)而在數字后處理中避免或移除。

　　由于每一個(gè)ADC內核都是分立的，因此在量產(chǎn)系統的壽命期間，這些性能參數極有可能產(chǎn)生較大的制造失配差異。這些失配會(huì )造成輸入信號的周期性不平衡，并且交錯式ADC的輸出端會(huì )出現雜散頻率。

　　現在，專(zhuān)有ADC技術(shù)可通過(guò)先進(jìn)架構與算法防止雙通道和四通道交錯式ADC內出現上述問(wèn)題。使用兩個(gè)半速交錯式ADC會(huì )增加偽像，現在采用單個(gè)全速ADC可在無(wú)交錯雜散的條件下實(shí)現同樣的性能。工廠(chǎng)調整算法和片內校準可確保每一個(gè)ADC工作在預期的高性能標準下，避免受多個(gè)分立交錯式內核的失配差異影響。

　　在通常頻譜純凈的FFT中觀(guān)察到雜散頻率時(shí)，會(huì )減小其他噪聲相關(guān)的載波信號的可用無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)。為了改善GSPS ADC的SFDR，除了使用交織式內核，現在又發(fā)展出新架構和算法。這樣，系統設計人員不必再使用專(zhuān)用ADC后處理例程來(lái)鑒別并移除干擾交錯雜散(圖1)。

　　2 簡(jiǎn)化路由

　　10/12/14位分辨率的多個(gè)千兆采樣轉換器可在短時(shí)間內產(chǎn)生大量輸出數據。使用低壓差分擺幅(LVDS)數據可能需要2.5 Gsample/s、12位ADC的30條1 Gbps并行通道。就系統布局來(lái)說(shuō)，針對每個(gè)ADC處理30個(gè)差分LVDS對可能會(huì )對路由和保持匹配長(cháng)度提出挑戰。使用JESD204B，則僅采用6條或8條差分通道即可發(fā)送同等數據。