Doğru Analog-tamama- Dijital paketi (ADC) yüksek frekanslı RF uygulamaları için seçmek, doğrudan sistem duyarlılığı, dinamik aralığı ve genel sinyal sadakati, kablosuz iletişim, radar, yazılım tanımlı radyo (SDR) ve test-ve-measurement sistemleri daha yüksek frekans gruplarına itmek - ADC'lere yerleştirilen talepleri yoğunlaştırabilir.

Yüksek çözünürlükte RF ADC Gereksinimleri Anlamak

Yüksek frekanslı RF uygulamaları – 5G NR, uydu iletişim ve elektronik savaş gibi – gerekli hassasiyetlerden onkırıklara kadar değişen taşıyıcı frekansları ile çalışır, yüksek frekanslı RF ADC'ler geniş analog bant genişliği için optimize edilmelidir (genellikle, yüksek doğrusallık, yüksek doğrusallık, yüksek doğrusallık, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte tutmak için.)

Temel zorluk, ADC'nin doğrudan işaret yolunda yerleştirildiğidir (veya doğrudan bir hafıza mimarisine bile). Herhangi bir kusur, saat jitter veya termal gürültü gibi - doğrudan sayısal çıktıya tercüme edilir.

Key Özellikler

Birçok veri sayfası parametresi önemli olsa da, aşağıdaki yüksek frekanslı RF uygulamaları için en kritik olanıdır.Her biri doğrudan sistem performansını etkiler ve belirli sinyal özelliklerinizin bağlamında değerlendirilmelidir.

  • [FONT=0]Sampling Rate (F)[DÜD:2)[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜDÜSÜye En Az 2. Frekansı Analizi - Bu, Nyquist kriteri için yaygındır, RF uygulamaları için, 2-4 kez anti-aliasing filtre gerekliliklerini rahatlamak ve gürültü şekillendirmek için yaygındır.
  • [FONT=0)Analog Giriş Band genişliği (F)BW)[Dönetici oranı ile ilgili olsa da, ADC iç cephede frekans aralığının önemli ölçüde azaltılması veya doğrudan-IF örnekleme olmadan üstesinden gelebileceğini belirtir; ADC örnekleme oranını aşabilir (örneğin, 2.5 GSPS ADC)
  • [FONT=0)Resolution (N bits): ), performansın tek göstergesi olmasa da, yüksek çözünürlük (12-16 bit) dinamik aralığı geliştirir ve dış değişken yükselteçlere olan ihtiyacı ortadan kaldırabilir. Ancak, çok yüksek hızlı ADCs (e.g., >5 GSPS), çözünürlük genellikle hıza göre 8-10 bit azaltır.
  • [FONT:0)Signal-to-Noise Oran (SNR) ve Etkili Bitlerin Numaraları (ENOB): ) ENOB hesaplarının hem ölçüm gürültüsü hem de termal gürültü, jitter ve bozulmaları için, bir ENOB 8-12 bitleri hedef giriş frekansı arzu edilir.
  • [FONT=0]Spurious-Free Dynamic Range (SFDR): ), SFDR, sinyale kıyasla en büyük (harmonik olmayan) en büyük teleskopun göreceli gücünü ölçer.
  • [FONT=0]Input Voltage Range and Full-Scale Level:[Dönetici:0) ADC girişi, kullanılan dinamik aralığı önlemek veya bırakmak için önceki yükselteçle eşleştirmeli veya balun çıkışına uymalıdır. Birçok RF ADCs programlanabilir giriş aralığı sunar (örneğin, 1 Vpp-2 Vpp).
  • [FONT:0)Clock Jitter (Aperture Jitter): [Dönetici:0) Belki de yüksek frekanslı RF. Jitter in örnek saatteki en göz ardı edilen parametre, yüksek giriş frekanslarında doğrudan gürültüye dönüşür. 100 fs RMS'nin bir jitteri genellikle 2 GHz'nin üzerindeki sinyalleri için gereklidir.
  • [FONT:0)Power Dissipation ve Termal Performans: Yüksek hızlı ADCs birkaç watt kullanabilir.In portatif veya yoğun dolu sistemler için, güç bütçeleri saygı göstermeli ve ısı dağıtım stratejileri (örneğin, ısıtılmalıdır)

Bu özellikler izolasyonda mevcut değildir. Örneğin, yüksek bir örnekleme oranı azaltılabilir ENOB veya geniş bir giriş bant genişliği güç tüketimini artırabilir.Seçim süreci bu ticaretten sistem düzeyindeki gereksinimlere karşı dengelenmelidir.

Doğru ADC Mimarisini Seçin

ADC mimarisi temel işletme prensibini ve ilişkili performans zarfını tanımlar. Yüksek frekanslı RF uygulamaları için, çeşitli mimariler yaygın, her biri size en uygun seçime rehberlik edecektir.

Boru Hattı ADCs

Boru ADCs RF dünyanın çalışmalarındandır. Her biri bir koarse tahminini çözer ve bir sonraki aşamaya geçer. Bu mimari hız, karar ve güç tüketimi arasında mükemmel bir denge sunar.

Modern boru hatları ADCs genellikle dijital kalibrasyonu doğru kazanç ve yanlış eşleştirmeleri dengelemek için içerir, daha düşük giriş frekanslarında 90 dBc'nin üzerindeki SFDR rakamlarına ulaşırlar.

Flash ADCs

Flash ADCs, analog sinyali tek bir saat döngüsünde dijital bir kelime dönüştürmek için bir banka kullanıyor, en yüksek dönüşüm hızlarını sunmak – on milyonlarca GSPS'ye kadar (örneğin, 2) son derece yüksek örnekleme oranları (örneğin, yüksek çözünürlükte artış gösteren uygulamalar için idealdir.

Ticaret-offları daha yüksek güç dağılımı, sınırlı çözünürlük ve daha büyük bir ölüm boyutu içerir. Birçok modern tasarımda, zaman-intereard sub-ADC serisi büyük ölçüde daha yüksek çözünürlükteyken saf flaş mimarilerini değiştirdi.

Sigma-Delta ( ⁇ -345) ADCs

Sigma-delta ADCs, yüksek çözünürlükte (24 bit) elde etmek için çok yüksek çözünürlükte (örneğin, daha düşük bant genişliğiyle (kHz'yi birkaç milimetreye kadar) sınırlı, onları karıştıran geniş bant RF sinyalleri için daha az uygun hale getirir. Yüksek çözünürlüklü, dar bantlı uygulamaları kullanarak yüksek çözünürlükte başarır, ancak en az sayıda optik bant genişliği genellikle yüksek frekanslı filtre için uygundur.

Zaman-Kontrol ADCs

Tek bir temelin sınırının ötesinde örnekleme oranları zorlamak için, tasarımcılar şimdi zaman ayırmaya güvenmektedir - aynı anda birden fazla ADCs (genellikle boru hattı veya SAR) bu da sabit bir zamanda giriş aynı zamanda otomatik olarak doğrulanmış bir giriş oluşturur.Bu teknik, 64 GSPS veya 8-12 ile daha fazla uyumsuzlaştırma oranlarına sahiptir. Ancak, kazanım, dengeleme, zamanlama ve paralel kanallar arasındaki bantlama sistemleri, dijital olarak düzeltilmelidir.

Başarılı Approximation Register (SAR) ADCs

Geleneksel olarak daha düşük hızlar için kullanılır, son gelişmiş SAR ADCs, çok düşük güç kullanarak GHz aralığına itti (sadece birkaç saat döngüsü) onları gelişmiş CMOS düğümleri için çekici bir aşama haline getirir, SAR ADCs, 12-14 bitleri hala yakalamaya devam edebilir, özellikle de güçle hassas uygulamalar.

Yüksek çözünürlükte RF için Sampling Techniques for High-Frequency RF

ADC saatlerinin taşıyıcı frekansına göre de önemli. İki birincil yaklaşım var: Nyquist örnekleme (baseband) ve alt-sampling (ayrıca harmonik veya alt-sampling olarak da bilinir).

Nyquist Sampling

Bu klasik yaklaşımda, ADC örneği oranı, giriş sinyalinde en yüksek frekansta en az iki kez. ADC'nin önceki bir filtre (AAF) ve doğrudan giriş sinyalleri değildir. Bu yöntem basit ama AAF'ın RF frekanslarında zorlanabilir.

Under-Sampling (IF Sampling)

Birçok yüksek frekanslı RF alıcı, IF taşıyıcı frekansından daha düşük bir örnekleme oranı kullanır (bilgi bant genişliğine karşı en yüksek koşul). Bu, Nyst bölgesine (örneğin, F[D) yerleştirilen bir frekansta geçerli değildir.[D)

Avantaj daha düşük gerekli bir örnekleme oranıdır, ADC gücünü azaltır. Ancak, ADC, IF frekansının intenuation olmadan geçmesi için yeterli analog giriş bant genişliğine sahip olmalıdır. Ek olarak, jitter özellikle kritik hale gelir çünkü örnekleme saati doğrudan IF aşamasına modül eder.In more details on under-sampling, seeFLT:0Analog Cihazlarının IF örneklemesi).

Pratikler ve Ticaret-Offs

Veri sayfası ve mimarisinin ötesinde, gerçek dünya uygulamaları faktörleri ADC performansını yapabilir veya kırabilirsiniz. İşte tasarım aşamasında ele almak için önemli alanlardır.

Saat Jitter ve Faz Gürültü

Bahsettiği gibi, saat jitter doğrudan yüksek giriş frekanslarında SNR bozulması: SNRjitter (dB) = -20 log(2TY Fin tjitter) 100 fs jitter nedeniyle 2 GHz girişi için, SNR yaklaşık 55 dB ile sınırlıdır. Bu nedenle, düşük maliyetli bir PLL / V veya kristal osilatör seçin.

Termal Gürültü ve Dinamik Aralığı

ADC'nin doğal ısı gürültü zemini, niceleştirme gürültüsü ile birlikte, sistem gürültü rakamını ayarlar. Hassas alıcılarda, ADC'nin giriş-çıkış gürültülerini (genellikle μVrm veya dBm/Hz) dikkate alarak, ADC'nin çıkış gürültüyü etkileyebilir.

Güç Supply and Layoutout

Yüksek hızlı ADCs, güç tedarik gürültüyü hassastır. Düşük performanslı düzenleyiciler (LDOs) yüksek PSRR ve ayrı analog / sayısal tedarik domainleri kullanarak, analog giriş yolunu çok az tutmak: analog giriş yolunu kısa tutmak, kontrollü-simpedans kullanın ve dijital gürültüden kalkan.

Anti-Aliasing Filter Design

Aşırı uçlu sistemlerle bile, AAF genellikle sadece Nyquist bölgesine katılabilecek istenen Nyquist bölgesini seçmek için gereklidir.For Nyquist-sampated systems, filtrenin parasitik rezonanslardan kaçınmak gerekir.

Bütünleşme ve Arabi

Modern yüksek hızlı ADCs JESD204B veya JESD204C seri arayüzlerini pin saymak ve kolay yönetim kurulu routing kullanmak için sunar. Bu arayüz genellikle birkaç saat boyunca transceivers (düşünce gecikmesi için 12.5 Gbps'ye kadar) FPGA'ya kadar göndermeleri için yeterlidir.

ADC'yi Sistem Gereksinimlerine Eşleştirme: Bir Adım-Adım Yaklaşım Yaklaşım

Özellikleri ve mimarileri anlamaktan sonra, yapısal bir seçim süreci uygulayın.

  1. [FONT=0)Gön sinyal parametreleri:[Dönetici:[Dönetici:0)En yüksek giriş frekansı (F))[0)) sinyal bant genişliği (BW), istenen SNR/ENOB ve kabul edilebilir çok sayıda seviye.
  2. [FONT:0)En az örnekleme oranı: [Dönderlik için: [DÜDÜDÜ:2] [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜye Olmayanlar İçin Tıklayınız.
  3. [FONT:0]Bir mimariye sahip:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0))Eğer >2 GSPS ve ≤10 bitlere ihtiyacınız varsa, zaman ayırma veya flaş düşünün. 500 MSPS-2 GSPS için 12+ bit, boru hattı tipiktir.
  4. [FONT:0)Evaluate datasheet dinamik performans: Hedef giriş frekansında ENOB ve SFDR'ye bakın, sadece DC veya düşük frekanslarda değil. jitter spesifikasyonu ve giriş bant genişliğini kontrol edin.
  5. [FONT:0) Saati Değiştirin:[Dönetici: 0) Uygun bir saat kaynağının ADC gereksiniminin altında jitter ile mevcut olması gerekir. Bütçeye uygun bir maliyet gerekliyse çok düşük maliyetlidir.
  6. [FONT:0]Assess power and cool:) Saat dağılımı, çıktı arayüzü (örneğin JESD204B PHY), ve gerekli dış sürücüler.
  7. [FONT=0]Prototype ve test:[Dönetici:[Dönetici:0)Prototype ve test:[Dönetici:0)[Dönetici:0))Prototype ve test:[Dönetici RF sinyali ile ADC'yi test edin.

ADC seçim metodolojisi hakkında daha fazla okuma için, danışmanlıkÖRT:0)Analog Cihazlarının mimarlık seçimi kılavuzu) ve ).Maxim'in ADC uygulamaları genel bakış[DDD 3)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Yüksek frekanslı RF uygulamaları için doğru ADC'yi seçin, yüksek hızlı, doğrusallık, gürültü ve saat jitter. Güvenli seçim sürecine karşı performans dengeleri ve maliyetle ve entegrasyon kısıtlamalarına hakim olun. Boru ve zaman-interlokasyonlar yüksek hızlı bir manzaraya hükmedirken, gelişmiş SAR ADC'ler, düşük güç sistemlerinde zemin kazanıyor. Sisteme sistematik bir seçim sürecine kadar - sinyal gereksinimlerinize karşı performansınızı ve maliyetle başlayın.