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1 引言 軟件無線電是基于一種通用的硬件平臺，通過加載不同的軟件實現(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，其核心設計思想是在盡可能靠近天線的地方使用寬帶A/D轉(zhuǎn)換器，在射頻段將信號數(shù)字化，在DSP中用軟件實現(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，因為它直接反映軟件化的程度，對理想的軟件無線電而言，A/D轉(zhuǎn)換器的動態(tài)范圍必須為100dB－120dB，最大信號輸入頻率在1GHz－5GHz之間，目前器件發(fā)展水平很難實現(xiàn)這些技術(shù)指標，即使實現(xiàn)了這些指標，如此大的數(shù)據(jù)量也是后面的DSP無法承擔的，所以折衷的方案就是進行中頻采樣。 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)所要求的動態(tài)范圍和性能指標。評價A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標主要有A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)、無寄生動態(tài)為（（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，其動態(tài)范圍就越高。由于本設計硬件平臺中選用的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，若對中頻為70MHz、帶寬為2MHz的信號（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＋10Log10（fs/2fmax）dB ＝6.02×14＋1.76＋10log10（40×106/2×71×106）dB ≈81dB 式中，B為A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)，fs為采樣速率，fmax為輸入信號的最高頻率。在實際測試中，A/D轉(zhuǎn)換器的最后2位會不停變化，其有效位（ENOB）為12位，代入上式后可得SNR為69dB。所以AD6644和AD6645都能滿足要求，由于AD6645的孔徑抖動小于0.2ps，AD6645的孔徑抖動小于0.3ps，所以在中頻接收系統(tǒng)中用AD6645效果會更好一些。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 AD6645是帶寬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，其主要特點如下： 保持采樣率可達80MS/s； 工作帶寬達270MHz； 多音無寄生動態(tài)范圍（SFDR）為100dB； 對200MHz信號采樣時采樣抖動時間為0.1ps； 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級子區(qū)式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，這種設計的好處是保證了轉(zhuǎn)換的精度和速度又實現(xiàn)了較小的功耗和封裝尺寸，AD6645有2個互補的模擬輸入端AIN和AIN反，2路輸入經(jīng)過緩沖后先進入第一個保持器TH1，ENCODE脈沖為高時TH1處于保持狀態(tài)，TH1的保持值作為5位A/D轉(zhuǎn)換器ADC1的輸入，其輸出驅(qū)動1個5位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1。經(jīng)過延遲后的模擬信號減DAC1的輸出后在TH3的輸入端產(chǎn)生第一個剩余信號，保持器TH2補償由ADC1造成的延遲。
在由1個5位ADC2、5位DAC2和1個TH4組成的第二轉(zhuǎn)換階段中，TH4保持的第一個剩余信號減去DAC2的量化輸出產(chǎn)生第二個剩余信號作為TH5的輸入，TH5驅(qū)動最后一個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位二進制補碼數(shù)據(jù)。 5 實際應用 5.1 時鐘輸入電路 為了保證14位的精度，對AD6645的采樣時鐘質(zhì)量要求較高且要具有低相位噪聲。為了獲得最佳性能，AD6645的時鐘必須采用差分輸入，時鐘信號可通過1個變壓器或電容器交流耦合到ENCODE和ENCODE反腳，這2個引腳在片內(nèi)被偏置，無需外加偏置電路，為了提高時鐘信號的差分輸入質(zhì)量，本設計采用了Motorola公司的MC100LVE16型低壓差分接收器，它的抗抖動性能非常好，整個連接電路如圖2所示，差分輸出端Q和Q反的電壓較小，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、大動態(tài)范圍A/D轉(zhuǎn)換器，AD6645的模擬信號輸入也應為差分形式，因為在模擬信號階段差分輸入對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時也有很大的好處：其一是對電源和地引入的噪聲有很高的共模抑制比；其二是對由本振反饋引入的共模信號也有很強的抑制作用。 AD6645的模擬輸入電壓被偏置到2.4V，在電路內(nèi)部每個模擬輸出通過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AD6645的模擬信號必須通過交流耦合送進輸入端，實際使用時可以采用如圖3所示的4：1阻抗變換器來實現(xiàn)。
5.3 信號輸出 AD6645的數(shù)字輸出有固定的輸出擺動率（1V/ns），制作PCB時，1個CMOS門加上布線會產(chǎn)生大約10bF的電容，因此每有1位轉(zhuǎn)換輸出就會有10mA的動態(tài)電流出入器件，滿量程輸出即14位輸出時就會有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HSP50214B型下變頻器來進行降頻、抽取、濾波等一系列處理，二者之間加1個74LCX574型鎖存器。數(shù)據(jù)準備輸出信號DRY作為74LCX574的時鐘輸入，并經(jīng)反相器后作為HSP50214B型數(shù)字下變頻器的前端時鐘CLKIN輸入。 5.4 注意事項 AD6645對時鐘電路要求比較苛刻，該電路接收到的任何噪聲都會造成數(shù)字化性能的惡化和總體性能的降低，因此一定要將其與數(shù)字輸出和模擬輸入隔離開來，除了布線應盡量短外，整個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（5V）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)字地和模擬地應該分開并通過高頻磁珠單點接地。在實際調(diào)試時，時鐘信號不理想，可用門電路進行整形，DRY信號較小，也可用NC7SZ32型門電路進行整形驅(qū)動。 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計顯得非常重要，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中A/D轉(zhuǎn)換器的理想選擇。 |
