軟件無線電中的模數(shù)轉換器

決定A/D性能的因素主要有以下幾個:

2.1 采樣率和分辨率

采樣率由信號帶寬決定,分辨率(位數(shù))則要滿足一定的動態(tài)范圍和數(shù)字信號處理精度,A/D的分辨率越高(位數(shù)越多),需要轉換的時間越長,轉換速率就越低,兩者相互制約。高速A/D的結構主要采用全并行或閃爍式,而高分辨率A/D主要采用Σ-Δ結構。有關A/D的具體應用可見參考文獻[1]。

2.2 無寄生動態(tài)范圍的信噪比

無寄生動態(tài)范圍(SFDR)用來度量轉換器中的非線性誤差源,常是高速器件性能的限制因素。如果沒有最高線性度,任何失真或諧波都會產(chǎn)生強信號的像頻,與真正的信號難以區(qū)分。信噪比(SNR)則是度量一個信號不論它比噪聲底值高多少,轉換器必須仍能檢測到它。與SFDR有很大關系的是近遠(near-far)問題。在某些系統(tǒng),無線電即使只在幾個信道外出現(xiàn)很強信號的情況下,也必須能檢測到一個弱信號,而強信號的失真分量所產(chǎn)生的大寄生信號可能淹沒弱邊緣信號。SFDR性能指標允許對靠近噪聲底值的信號進行SNR評估。解決近遠問題的一個基本方法是采用可編程增益級。AGC的調節(jié)可以適合接收信號的強度,從而A/D總是接收一個同樣強度的信號,降低對其動態(tài)范圍的要求,但不適合接收多個不同強度信號的寬帶接收機。

軟件無線電寬波段設計的另一個困難是數(shù)據(jù)變換器的SFDR在數(shù)字化一個全標度信號時與較小信號工作時是不同的。對于較低電平的信號,SFDR比一般較好,因為變換器在其范圍內(nèi)的其余部分具有更高的線性度,而在全標度上變換器的非線性和跟蹤/保持轉換率受限制。因此,在全標度的附近減小信號也可以改善SFDR。

為了提取強信號環(huán)境下的弱信號,可選的A/D轉換器主要有兩種:A.管道式(pipeline)結構,其SFDR和SNR分別可以達到100dB(20MHz輸入時)和75dB以上;B.粗細調整型A/D,采用稱為數(shù)字兩端式兩級A/D轉換結構,對輸入信號進行粗采樣、細采樣,并對細采樣數(shù)據(jù)進行校正,從而實現(xiàn)極低的采樣抖動(達0.3ps)。

2.3 與處理器的接口

隨著A/D和D/A速度的提高,轉換結果到MCU和DSP的數(shù)據(jù)速度也需要提高。目前主要采用如下技術:①在A/D內(nèi)部集成FIFO存儲器和與處理器兼容的SPI串行接口;②采用并行接口;③直接把A/D或D/A集成在處理器內(nèi)部。

由于處理器的數(shù)字噪聲對A/D轉換器性能有重要影響,在高速數(shù)據(jù)轉換器的應用中,幾乎都用與MCU或DSP分離的方法設計系統(tǒng)。

本文探討了軟件無線電中的數(shù)據(jù)變換器應用的若干問題,涉及不夠全面。由于數(shù)據(jù)變換器的高速、大容量應用,在電路設計方面還有很多技巧。器件的不斷發(fā)展也在提供著更好的處理方法。