決定A/D性能的因素主要有以下幾個(gè):

2.1 采樣率和分辨率

采樣率由信號(hào)帶寬決定,分辨率(位數(shù))則要滿足一定的動(dòng)態(tài)范圍和數(shù)字信號(hào)處理精度,A/D的分辨率越高(位數(shù)越多),需要轉(zhuǎn)換的時(shí)間越長(zhǎng),轉(zhuǎn)換速率就越低,兩者相互制約。高速A/D的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。有關(guān)A/D的具體應(yīng)用可見參考文獻(xiàn)[1]。

2.2 無寄生動(dòng)態(tài)范圍的信噪比

無寄生動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)用來度量轉(zhuǎn)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(huì)產(chǎn)生強(qiáng)信號(hào)的像頻,與真正的信號(hào)難以區(qū)分。信噪比(SNR)則是度量一個(gè)信號(hào)不論它比噪聲底值高多少,轉(zhuǎn)換器必須仍能檢測(cè)到它。與SFDR有很大關(guān)系的是近遠(yuǎn)(near-far)問題。在某些系統(tǒng),無線電即使只在幾個(gè)信道外出現(xiàn)很強(qiáng)信號(hào)的情況下,也必須能檢測(cè)到一個(gè)弱信號(hào),而強(qiáng)信號(hào)的失真分量所產(chǎn)生的大寄生信號(hào)可能淹沒弱邊緣信號(hào)。SFDR性能指標(biāo)允許對(duì)靠近噪聲底值的信號(hào)進(jìn)行SNR評(píng)估。解決近遠(yuǎn)問題的一個(gè)基本方法是采用可編程增益級(jí)。AGC的調(diào)節(jié)可以適合接收信號(hào)的強(qiáng)度,從而A/D總是接收一個(gè)同樣強(qiáng)度的信號(hào),降低對(duì)其動(dòng)態(tài)范圍的要求,但不適合接收多個(gè)不同強(qiáng)度信號(hào)的寬帶接收機(jī)。

軟件無線電寬波段設(shè)計(jì)的另一個(gè)困難是數(shù)據(jù)變換器的SFDR在數(shù)字化一個(gè)全標(biāo)度信號(hào)時(shí)與較小信號(hào)工作時(shí)是不同的。對(duì)于較低電平的信號(hào),SFDR比一般較好,因?yàn)樽儞Q器在其范圍內(nèi)的其余部分具有更高的線性度,而在全標(biāo)度上變換器的非線性和跟蹤/保持轉(zhuǎn)換率受限制。因此,在全標(biāo)度的附近減小信號(hào)也可以改善SFDR。

為了提取強(qiáng)信號(hào)環(huán)境下的弱信號(hào),可選的A/D轉(zhuǎn)換器主要有兩種:A.管道式(pipeline)結(jié)構(gòu),其SFDR和SNR分別可以達(dá)到100dB(20MHz輸入時(shí))和75dB以上;B.粗細(xì)調(diào)整型A/D,采用稱為數(shù)字兩端式兩級(jí)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行粗采樣、細(xì)采樣,并對(duì)細(xì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,從而實(shí)現(xiàn)極低的采樣抖動(dòng)(達(dá)0.3ps)。

2.3 與處理器的接口

隨著A/D和D/A速度的提高,轉(zhuǎn)換結(jié)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(shù):①在A/D內(nèi)部集成FIFO存儲(chǔ)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(duì)A/D轉(zhuǎn)換器性能有重要影響,在高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用中,幾乎都用與MCU或DSP分離的方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

本文探討了軟件無線電中的數(shù)據(jù)變換器應(yīng)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(yīng)用,在電路設(shè)計(jì)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。