AD6645型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器在軟件無線電中的應(yīng)用

摘  要：AD6645是Analog Devices公司推出的新型高速、高性能14位A／D轉(zhuǎn)換器。文中介紹 AD6645的工作原理、特點(diǎn)及其在接收系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞：AD6645；軟件無線電；欠采樣：差分輸入

　

1 引言

    軟件無線電是基于一種通用的硬件平臺(tái),通過加載不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的無線通信功能.它是一種全新的開放式結(jié)構(gòu)體系，其核心設(shè)計(jì)思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D轉(zhuǎn)換器,在射頻段將信號(hào)數(shù)字化,在DSP中用軟件實(shí)現(xiàn)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(zhuǎn)換器的速率和性能,二是DSP的處理速度.A/D轉(zhuǎn)換器在系統(tǒng)中所處的位置是很關(guān)鍵的，因?yàn)樗苯臃从耻浖某潭?對(duì)理想的軟件無線電而言,A/D轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍必須為100dB~120dB,最大信號(hào)輸入頻率在1GHz~5GHz之間，目前器件發(fā)展水平很難實(shí)現(xiàn)這些技術(shù)指標(biāo)，即使實(shí)現(xiàn)了這些指標(biāo)，如此大的數(shù)據(jù)量也是后面DSP無法承擔(dān)的,所以折中的方案就是進(jìn)行中頻采樣.

　

2 選擇依據(jù)

    A/D轉(zhuǎn)換器的選擇既要考慮A/D轉(zhuǎn)換器的性能又要考慮能滿足系統(tǒng)所要求的動(dòng)態(tài)范圍和性能指標(biāo)。評(píng)價(jià)A／D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)主要有A／D轉(zhuǎn)換位數(shù)、無寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)、信噪比(SNR)、轉(zhuǎn)換速率、量化靈敏度等。一般來說A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)越多越好，轉(zhuǎn)換位數(shù)越多，其動(dòng)態(tài)范圍就越高。由于本設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)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(zhuǎn)換器。在目前的軟件無線電中頻方案里，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(duì)中頻為70MHz、帶寬為2MHz的信號(hào)(AM或FM)采用40MHz采樣，由A／D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的位數(shù)，f為采樣速率，fmax為輸入信號(hào)的最高頻率。在實(shí)際測試中．A/D轉(zhuǎn)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(tǒng)中用AD6645效果會(huì)更好一些。目前市場上的高速采樣器件種類繁多，表1列出一些主流A／D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)。

3 主要特點(diǎn)
    AD6645是寬帶A／D轉(zhuǎn)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(dá)80MS／s；
    ●工作帶寬達(dá)270MHz；
    ●多音無寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)為100dB；
    ●對(duì)200MHz信號(hào)采樣時(shí)采樣抖動(dòng)時(shí)間為Qlps；
    ●數(shù)字輸出可以在3．3V下工作．便于與數(shù)字ASIC接口;
    ●功耗為1．5W。

4 工作原理
    如圖1所示．AD6645采用3級(jí)子區(qū)式轉(zhuǎn)換結(jié) 構(gòu)．這種設(shè)計(jì)的好處是既保證了轉(zhuǎn)換的精度和速度 又實(shí)現(xiàn)了較小的功耗和封裝尺寸。AD6645有2個(gè) 互補(bǔ)的模擬輸入端AIN和五AIN.2路輸入經(jīng)過緩沖 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(zhuǎn) 換器ADCl的輸入．其輸出驅(qū)動(dòng)1個(gè)5位D／A轉(zhuǎn)換 器DACl。經(jīng)過延遲后的模擬信號(hào)減DACl的輸出 后在TH3的輸入端產(chǎn)生第一個(gè)剩余信號(hào)，保持器 TH2補(bǔ)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(zhuǎn)換階段中．TH4保持的第一個(gè)剩余信號(hào) 減去DAC2的量化輸出產(chǎn)生第二個(gè)剩余信號(hào)作為 TH5的輸人．TH5驅(qū)動(dòng)最后1個(gè)6位A／D轉(zhuǎn)換器 ADC3。將ADC1、ADC2和ADC3的輸出相加并經(jīng)數(shù)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(bǔ)碼數(shù)據(jù)。

5 實(shí)際應(yīng)用
5．1 時(shí)鐘輸入電路
    為了保證14位的精度，對(duì)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(hào)可通過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(nèi)被偏置，無需外 加偏置電路。為了提高時(shí)鐘信號(hào)的差分輸入質(zhì)量， 本設(shè)計(jì)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。

5．2 模擬輸入電路
    作為新型的高速、大動(dòng)態(tài)范圍A／D轉(zhuǎn)換器．AD6645的模擬信號(hào)輸入也應(yīng)為差分形式．因?yàn)樵谀M信號(hào)階段差分輸入對(duì)偶次諧波有很高的共模抑制比，可以提高電路的性能。采用差分輸入在制作PCB時(shí)也有很大的好處：其一是對(duì)由電源和地引人的噪聲有很高的共模抑制比；其二是對(duì)由本振反饋引入的共模信號(hào)也有很強(qiáng)的抑制作用。

    AD6645的模擬輸入電壓被偏置到2．4V，在電路內(nèi)部每個(gè)模擬輸入通過1只500Ω電阻器連接到2．4V偏置電壓和差分緩沖器。因此驅(qū)動(dòng)AD6645的模擬信號(hào)必須通過交流耦合送進(jìn)輸入端，實(shí)際使用時(shí)可以采用如圖3所示的4：1阻抗變換器來實(shí)現(xiàn)。

　

5．3 信號(hào)輸出
    AD6645的數(shù)字輸出有固定的輸出擺動(dòng)率(1V/ns)，制作PCB時(shí)，1個(gè)CMOS門加上布線會(huì)產(chǎn)生大約10pF的電容，因此每有l(wèi)位轉(zhuǎn)換輸出就會(huì)有10mA的動(dòng)態(tài)電流出入器件，滿量程輸出即14位輸出時(shí)就會(huì)有140A的電流，所以在每條輸出數(shù)據(jù)線上要串聯(lián)100Ω的電阻器以限制這些電流流入接收器件。在軟件無線電的中頻采樣方案中。采用在AD6645后接1個(gè)HSPS0214B型下變頻器來進(jìn)行降頻、抽取、濾波等一系列處理，二者之間加1個(gè)74LCX574型鎖存器。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備輸出信號(hào)DRY作為74LCX574的時(shí)鐘輸入，并經(jīng)反相器后作為HSPS0214B型數(shù)字下變頻器的前端時(shí)鐘CLKIN輸入。

5．4 注意事項(xiàng)
    AD6645對(duì)時(shí)鐘電路要求比較苛刻，該電路接收到的任何噪聲都會(huì)造成數(shù)字化性能的惡化和總體性能的下降，因此一定要將其與數(shù)字輸出和模擬輸入隔離開來。除了布線應(yīng)盡量短外，整個(gè)采樣電路下面要大面積覆銅接地以降低干擾。模擬部分和數(shù)字部分的供電電源AVcc(SV)和DVcc(3．3V)要盡量分開，在電源濾波中使用高頻特性好的陶瓷電容器來抑制噪聲，數(shù)字地和模擬地應(yīng)該分開并通過高頻磁珠單點(diǎn)接地。在實(shí)際調(diào)試時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)不理想．可用門電路進(jìn)行整形，DRY信號(hào)較小．也可用NC7SZ32型門電路進(jìn)行整形驅(qū)動(dòng)。

6  結(jié)束語
    作為未來通信的發(fā)展方向．軟件無線電以其靈活性和通用性引起了全世界的關(guān)注．而A／D轉(zhuǎn)換和D／A轉(zhuǎn)換部分在軟件無線電中起著關(guān)鍵的作用．因此器件的選取及外圍電路的設(shè)計(jì)顯得非常重要．尤其是在抗干擾方面要更加注意。AD6645以其優(yōu)越的性能成為目前軟件無線電接收機(jī)中。MD轉(zhuǎn)換器的理想選擇。