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转 [原创] RF数模转换器促进通信信号的直接合成

1已有 293 次阅读  2013-04-11 10:32   标签转换器  合成  通信信号 

本文讨论RF数模转换器对于通信系统的实际应用,例如有线通信、无线通信基础设施基站、无线回程及其他此类系统;另外回顾了推动RF DAC技术发展的重要规范,以及一些用于实施此类系统的常见无线电架构;解释了与RF DAC设计相关的挑战,并讨论了一些权衡取舍和可能的解决方案;评论了封装设计考虑和印刷电路板设计;介绍了适合电缆前端发射器的RF DAC的测量结果。RF DAC的特性和性能适合为针对多载波、多频段、多标准无线电发射器的软件定义无线电系统提供解决方案。

简介

消费者对于各种数据服务不断扩大的需求推动有线和无线通信领域的服务提供商不断改进网络的数据处理能力。电缆服务提供商努力将视频质量从模拟提高至数字,再到高清晰,并不断提高互联网服务的下游和上游数据速率。为了支持更多语音服务,无线服务提供商已从模拟发展到数字蜂窝,现在又将网络升级至第三代(3G)、长期演进(LTE)以及更高标准,以满足客户对于智能手机宽带数据服务不断增加的需求。由于各种网络间传输的数据量增加了几个数量级,回程服务提供商必须升级系统。所有市场面临的共同问题是,消费者希望以几乎平价获取以上数据服务,而不理会通过网络传递的数据量。这样,系统和升级成本便成为选择无线电传输子系统架构的重要因素。

发射器架构

基础设施传输系统一直紧跟数据速率的步伐,不断迈向更大的带宽和更高阶的调制,从最初使用的传统外差或超外差上变频架构发展为更现代化的实施方案。在外差型架构中,数字调制器通常实施为传统正交调制器,如图1a所示,其中一对正交的DAC将滤波后的基带数据转化为模拟信号后送入正交调制器,调制器输出经过一级或两级上变频,到达最终输出频率。此信号接着由功率放大器放大,并路由至天线或电缆设备。

基本相同的发射器可用于实施更高性能的系统。例如,图1b中,除了发送经过滤的基带数据外, 数字专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)可将调制信号及其复数共轭分别发送至IQ数模转换器(DAC),实施单边带(SSB)上变频器,减少或消除上变频混频器输出端的无用镜像。此复合中频(CIF)架构简化了滤波要求,从而可实施更低成本的滤波器。同样的基本框图可用于创建零中频调制器,以中频DAC作为基带IQ DAC,并直接调制最终载波频率。许多无线基础设施系统使用的正是此方法。替代实施方案还将信号保持在基带,并为输出功率放大器添加数字预失真(DPD),从而产生一种性能更强的零中频(ZIF)发射器。

以上架构均存在多种导致性能下降的因素,必须克服以满足系统要求。例如,DAC和调制器必须具有足够低的输出噪声,以符合系统噪底规范。另外还必须具有足够的平衡和失调匹配,避免因幅度或相位不平衡造成调制器输出端的本振(LO)泄露。DAC通常具有偏移和相位调谐能力,可减少或消除此类不平衡。外差架构存在固有的无用混频产物或镜像,源自上变频混频器。这些成分必须在功率放大器前过滤,因为它们有违带内或带外杂散抑制要求。DAC还会产生杂散信号,例如与数据接口时钟或DAC采样时钟相关的杂散信号。如果不在DAC输出端充分过滤,这些信号会被正交调制器调制到载波中。

1c显示了一个替代解决方案。在此实施方案中,所需信号全部创建在数字ASICFPGA中,接着使用RF DAC在所需RF输出端直接合成该信号。信号经过滤波以净化频谱,然后发送至发射放大器。此方法的优势体现在简洁,去除了LO泄露概念和上变频器镜像。调制器两个输入的幅度不需要平衡,也不用考虑正交调制器的相位不平衡。该调制器可视为非常适合ASICFPGADAC中可用的量化级。这一解决方案可将电路板面积减少50%之多,由于DAC与调制器之间无滤波要求,复杂性也得以降低。

 

文章详情请点击:http://www.eccn.com/design_2013040811342341.htm

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