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射頻/無線  

為高頻應用選擇高速ADC

上網時間: 2013年08月09日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:頻譜純度  ADC  EV12AS200  LUT  SFDR 

作者:Andrew Glascott-Jones,e2v公司應用工程師

類比數位轉換器(ADC)的使用在雷達和直接降頻接收機等頻域應用中變得越來越普及了。對於這些高頻應用來說,動態範圍和雜訊層特別重要,並為12位元ADC的推廣提供了驅動力。由於這種方案具有靈活性和元件數量減少的優勢,因而無需使用外部變頻器就能直接產生傳輸訊號和直接轉換接收訊號顯然相當具有吸引力。特別是對於元件面積和功耗具有條件限制的航空和太空應用中,這一點尤其重要。

很長一段時間以來,這種無混頻器的直接變頻一直是系統架構師夢寐以求的產品,如今隨著半導體技術的發展,許多商用元件能直接在更多的應用中實現這種系統。本文討論高頻應用實現最佳性能所需的變頻器特性,包括平坦的頻率響應、高輸入頻寬、低輸入滿級電壓範圍以及針對多陣列系統調整參數的能力。文中還討論了與選擇高解析度高速ADC相關的系統設計考慮因素。

直接降頻架構

直接降頻接收機在實際通訊系統和雷達應用中越來越普及。諸如通訊衛星中繼器和合成孔徑雷達(SAR)地球觀測系統等應用可從完整的直接變頻收發機的使用中受益匪淺。這種技術允許對整個脈衝式射頻頻譜進行直接數位化,進一步增強在一次快速傅利葉轉換(FFT)掃描中可以觀察到的感興趣頻寬,因而為接收機性能帶來更大的靈活性。在這種情況下,一款單路ADC就可以取代多通道的傳統中頻(IF)降頻。

應用

L頻段(1GHz到2GHz)具有極佳的氣候穿透能力,因此它的應用非常多,包括通訊衛星中繼器、合成孔徑雷達(SAR)地球觀測系統、軍用太空監測、導彈偵測與引導,以及晴空對流層觀測。

遠端檢測合成孔徑雷達是一種非常有趣的應用,它使用天線與其目標區域之間的相對運動來執行地形成像。在這種應用中,高解析度和高線性度以及精確調整採樣點相位的能力很重要。電子戰(EW)系統要求高採樣率、掃描盡可能和頻寬一樣寬的能力以及低延遲,以便快速擷取數據。

多陣列波束成形應用能夠透過選擇方向來提高特定訊號的增益,或者減少阻塞與干擾訊號的影響。在這種情況下,相位控制功能非常重要,如圖1所示。


圖1:天線陣列接收機系統

單核心ADC

對於在L頻段應用中使用的ADC,有兩項重要的關鍵指標──即頻譜純度和雜訊層。

頻譜純度

真正的單核心架構具有很大的優勢,因為它不需要內部交替就能達到1.5GS/s的更新速率。因此在擴展溫度範圍內工作前或工作期間都無需校準。(交替型ADC的一個特點是具有顯著的交替脈衝。偏移錯配將產生一個固定頻率的脈衝。然而,增益和相位錯配則將產生取決於輸入訊號頻率的雜散頻率。事實上,使用內部交錯的ADC經常要求校準來避免由於增益、偏移和採樣孔徑延遲等錯配而導致的無雜散動態範圍性能退化。

從圖2所示的頻譜純度圖可看到單核心的優勢。頻率的選擇要使主訊號及其諧波在FFT圖中緊密相依,而使頻譜其它部份自由地顯示與其它任何非訊號相關的雜散訊號,如時脈脈衝。交錯式ADC也許能很好地在這個區域顯示脈衝,但我們可以看到,單核心具有無雜散區和90dBc的頻譜純度。

單核心架構在延遲方面也有優勢。例如,EV12AS200的延遲可低至3個時脈週期,這在電子戰和追蹤系統等應用中非常有用。


圖2:EV12AS200的頻譜純度圖

(下一頁:ADC功能)


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