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處理器/DSP  

採用高性能DAC和FPGA實現高直接中頻結構

上網時間: 2004年02月15日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:DAC,數位類比轉換器  IF  中頻 

採用高速數位類比轉換器(DAC)對系統性能的提高很重要,800MSaps的MB86064和500MSaps的MAX5888就是這類高性能元件。採用這些DAC可以降低系統成本,並實現多載波╱多模通訊基地台應用的性能要求,最明顯的特點是在傳統的直接調變技術上實現了直接中頻架構,同時在更高頻寬上具有更高性能。

系統設計中,動態性能總是一個很重要的考慮因素。但是,由於頻寬要求仍集中於100MHz,支援60MHz通用行動通訊系統(UMTS)波段的轉換率以及數位預失真處理具有同樣重要的作用。轉換率總是越高越好,在頻寬大於100MHz時,DAC減少了傳輸鏈上的不同級,例如去掉了‘上變頻’級,而上變頻通常需要在設計中添加額外的緩衝器和混頻器。

現在,基地台系統一般採用能產生I、Q訊號的雙DAC元件來驅動一個外置的類比正交調變器。儘管這個方法對相對較窄的頻寬應用是足夠的,但將不能滿足未來系統的需求。而且,主要的‘類比’實現中具有不必要的複雜性,其中增益╱相位修正、頻率均衡等增加了整個系統成本。

更高DAC轉換率對於實現能在高達0.4.Fs的直接中頻下產生要求的高頻寬結構非常重要,特別是在500-800MSaps的轉換頻率下。例如,採用800MSaps的DAC,在320MHz的直接中頻條件下可以實現軟體無線電概念,利用‘固定類比-靈活數位’的特性來支援不同的模式╱頻率,將其應用於通訊基礎設備中可以降低實現成本。

以更高速率來驅動DAC核心將必然對產生數據的預處理邏輯帶來一些問題,除非在採用適當的系統分割條件下,利用FPGA和ASIC技術來解決這些問題。採用FPGA可以分割DAC功能以便實現靈活預處理,在預處理中頻率規劃可以根據不同的系統需求來改變。

在系統設計中,適當的系統分割很重要,因為把大量的預處理邏輯整合在DAC上未必有益。例如,當轉換器最大的轉換率或者內插濾波器不能產生目標頻寬時。即使採用最佳化的預處理FPGA,正確的DAC元件選擇依然很重要。

很多系統中都在DAC之前採用FPGA,儘管該元件通常是一個大的‘系統’FPGA,但並不一定會為高速數位預處理和LVDS數位輸出而最佳化,設計工程師必須考慮是否有必要升級該元件使成本增加,而帶來的是僅僅提高很小部份設計性能,最好專門為高速DAC預處理指定一個FPGA。

通常數據轉換器會表現出一些特殊的特性,在很多情況下這些特性可以為目標系統所用。設計工程師有必要將這些特性作為在通訊基礎設備應中已經很複雜的頻率規劃任務中的另一個變量來考慮。

客戶透過早期在能夠滿足長期性能需要的DAC技術上的投資,能獲得新一代產品更短的上市時間。這樣可以將先進的高直接中頻結構產品盡快投入市場,然後再是其系列派生產品,這將有助於推動客戶市場的領先地位並降低產品開發成本。而且利用雙DAC來實現多樣化的發送,或者是雙發送通道至少能在成本上與傳統的結構持平。由於系統具有更高的性能餘量,以及透過降低組裝和庫存成本,可以進一步降低系統成本。

再回到產生和驅動高速DAC數據的問題。透過採用現有的FPGA技術使差分LVDS脫離DAC晶片,這樣可以很方便地解決驅動高速DAC數據的問題。例如,在800MSaps的高速數據條件下必須認真考慮時脈和數據時序相關問題,這超出了只從DAC提供一個輸出時脈來觸發數據產生元件的常規方法。透過提供一個循環時脈,將可能補償所有因I/O封裝和PCB傳輸引起的延遲,該循環迴路時脈整合在FPGA中的DLL或PLL時脈產生器的反饋迴路中。這個方法能保持在不同的工作條件下的時脈與數據時序。

採用同時結合高性能DAC和FPGA來實現高直接中頻結構,將使最終的系統具有更強適應性、功能更多,採用數位元件技術使產品開發週期更短。

作者:Paul Maddox


富士通微電子公司





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