Wat gaan aan met digitale afskakelaars - Deel 1

Baie huidige radio -argitekture bevat afwaartse omskakelingfases wat 'n RF- of mikrogolf frekwensieband vertaal na 'n intermediêre frekwensie vir basisbandverwerking. Ongeag die eindtoepassing, of dit nou kommunikasie, ruimtevaart en verdediging of instrumente is, druk die frekwensies van belang hoër in die RF- en mikrogolfspektrum. Een moontlike oplossing vir hierdie scenario is om 'n toenemende aantal afwaartse omskakelingsfases te gebruik, soos wat in figuur 1 getoon word. 'N Ander doeltreffender oplossing is egter om 'n RF ADC te gebruik met 'n geïntegreerde digitale downconverter (DDC) soos in Figuur 2 getoon. Figuur 1. Tipiese ontvanger analoog seinketting met afwaartse omskakelingsfases. Die integrasie van DDC -funksies met 'n RF ADC elimineer die behoefte aan addisionele analoge afwaartse omskakelingsfases en laat die spektrum in die RF -frekwensiedomein direk omskakel na basisband vir verwerking. Die vermoë van die RF ADC om spektrum in die gigahertz -frekwensiedomein te verwerk, verlig die behoefte om moontlik veelvuldige omskakelings in die analoogdomein uit te voer. Die vermoë van die DDC maak die spektrum se standvastigheid moontlik, sowel as om te filter via die desimasie -filter, wat ook die voordeel bied om die dinamiese omvang binne die band te verbeter (verhoog SNR). Bykomende bespreking oor hierdie onderwerp kan hier gevind word, 'Nie u ADC se ADC nie' en 'Gigasample ADC's belowe direkte RF -omskakeling'. Hierdie artikels bied 'n verdere bespreking oor die AD9680 en die AD9625 en hul DDC -funksies. Figuur 2. Ontvanger seinketting met behulp van 'n RF ADC met 'n DDC. Die primêre fokus hier is op die DDC -funksies wat bestaan ​​in die AD9680 (sowel as die AD9690, AD9691 en AD9684). Om die funksies van DDC te verstaan ​​en hoe om die uitsetspektrum te analiseer wanneer die DDC met 'n ADC gebruik word, kyk ons ​​na 'n voorbeeld van die AD9680-500. As 'n hulpmiddel sal die frekwensie -vouhulpmiddel op die webwerf van analoog toestelle gebruik word. Hierdie eenvoudige, maar kragtige instrument kan gebruik word om die aliasing -effekte van 'n ADC te verstaan, wat die eerste stap is in die ontleding van die uitsetspektrum in 'n RF ADC met geïntegreerde DDC's soos die AD9680. In hierdie voorbeeld werk die AD9680-500 met 'n ingangsklok van 368.64 MHz en 'n analoog insetfrekwensie van 270 MHz. Eerstens is dit belangrik om die opset van die digitale verwerkingsblokke in die AD9680 te verstaan. Die AD9680 sal die digitale downconverter (DDC) gebruik waar die invoer werklik is, die uitset kompleks is, die afstemfrekwensie van die numeries beheerde ossillator (NCO) ingestel is op 98 MHz, halfbandfilter 1 (HB1) is geaktiveer, en die 6 dB -wins is geaktiveer. Aangesien die uitset kompleks is, word die komplekse na werklike omskakelingsblok gedeaktiveer. Die basiese diagram vir die DDC word in figuur 3 getoon. Om te verstaan ​​hoe die invoertone verwerk word, is dit belangrik om te verstaan ​​dat die sein eers deur die NCO gaan, wat die invoertone in frekwensie verskuif, dan deur die desimasie gaan, opsioneel deur die versterkingsblok en dan opsioneel deur die kompleks tot werklike omskakeling. Figuur 3. DDC -seinverwerkingsblokke in die AD9680. Dit is belangrik om ook die makro -aansig van die seinstroom deur die AD9680 te verstaan. Die sein kom deur die analoog insette, gaan deur die ADC kern, in die DDC, dan deur die JESD204B serializer, en dan uit deur die JESD204B seriële uitsetbane. Dit word geïllustreer deur die blokdiagram van die AD9680 in figuur 4. Figuur 4. AD9680 blokdiagram. Met 'n invoermonsterklok van 368.64 MHz en 'n analoog insetfrekwensie van 270 MHz, sal die insetsein alias in die eerste Nyquist -sone wees by 98.64 MHz. Die tweede harmoniese van die insetfrekwensie val in die eerste Nyquist -sone by 171.36 MHz, terwyl die derde harmoniese aliasse tot 72.72 MHz. Dit word geïllustreer deur die plot van die frekwensie -vouhulpmiddel in figuur 5. Figuur 5. ADC -uitsetspektrum geïllustreer deur die Frequency Folding Tool. Die plot van die frekwensie -vougereedskap wat in figuur 5 getoon word, gee die toestand van die sein by die uitset van die ADC -kern voordat dit deur die DDC in die AD9680 gaan. Die eerste verwerkingsblok waardeur die sein in die AD9680 gaan, is die NCO wat die spektrum met 98 MHz na links in die frekwensiedomein sal skuif (onthou ons stemfrekwensie is 98 MHz). Dit sal die analoog inset van 98.64 MHz na 0.64 MHz afskuif, die tweede harmoniese sal afskakel na 73.36 MHz, en die derde harmoniese sal afskakel na –25.28 MHz (onthou ons kyk na 'n komplekse uitset). Dit word getoon in die FFT -plot van Visual Analog in figuur 6 hieronder. Figuur 6. FFT komplekse uitset na 'n DDC met NCO = 98 MHz en decimeer met 2. Uit die FFT -plot in figuur 6 kan ons duidelik sien hoe die NCO die frekwensies wat ons in die Frequency Folding Tool waargeneem het, verskuif het. Wat interessant is, is dat ons 'n onverklaarbare toon in die FFT sien. Is hierdie toon egter werklik onverklaarbaar? Die NCO is nie subjektief nie en verskuif alle frekwensies. In hierdie geval het dit die alias van die fundamentele invoertoon 98 MHz na 0.64 MHz verskuif en die tweede harmoniese na 73.36 MHz en die derde harmoniese na –25.28 MHz. Boonop is nog 'n toon ook verskuif en verskyn dit op 86.32 MHz. Waar kom hierdie toon eintlik vandaan? Het die seinverwerking van die DDC of die ADC op een of ander manier hierdie toon opgelewer? Die antwoord is nee ... en ja. Kom ons kyk na hierdie scenario 'n bietjie nader. Die frekwensie -vouhulpmiddel bevat nie die DC -offset van die ADC nie. Hierdie dc -offset lei tot 'n toon wat by dc (of 0 Hz) voorkom. Die frekwensie -vouhulpmiddel veronderstel 'n ideale ADC wat geen DC -offset sou hê nie. In die werklike uitset van die AD9680 word die gelykstroomversetstoon by 0 Hz in frekwensie afgeskuif na –98 MHz. As gevolg van die komplekse vermenging en decimasie, vou hierdie DC -verrekentoon terug in die eerste Nyquist -sone in die werklike frekwensiedomein. As ons kyk na 'n komplekse insetsein waar 'n toon na die tweede Nyquist -sone in die negatiewe frekwensiedomein verskuif, draai dit terug in die eerste Nyquist -sone in die werklike frekwensiedomein. Aangesien ons desimering moontlik gemaak het met 'n desimasietempo gelykstaande aan twee, is ons gedecimeerde Nyquist -sone 92.16 MHz breed (onthou: fs = 368.64 MHz en die gedecimeerde monstertempo is 184.32 MHz, met 'n Nyquist -sone van 92.16 MHz). Die gelykverskynseltoon word verskuif na –98 MHz, wat 5.84 MHz delta is vanaf die afgekorte Nyquist -sone grens by 92.16 MHz. As hierdie toon terugvou na die eerste Nyquist -sone, eindig dit op dieselfde offset van die Nyquist -sone grens in die werklike frekwensie domein, wat 92.16 MHz - 5.84 MHz = 86.32 MHz is. Dit is presies waar ons die toon in die FFT -plot hierbo sien! So tegnies lewer die ADC die sein (aangesien dit die gelykverskynsel is) en die DDC beweeg dit net 'n bietjie. Dit is waar goeie frekwensiebeplanning inkom. Behoorlike frekwensiebeplanning kan help om situasies soos hierdie te vermy. Noudat ons na 'n voorbeeld gekyk het met die NCO- en HB1 -filter met 'n desimasietempo gelyk aan twee, laat ons 'n bietjie meer by die voorbeeld voeg. Nou sal ons die desimasietempo in die DDC verhoog om die gevolge van frekwensievou en translasie te sien wanneer 'n hoër desimasietempo gebruik word, tesame met frekwensie -afstemming met die NCO. In hierdie voorbeeld kyk ons ​​na die AD9680-500 wat werk met 'n ingangsklok van 491.52 MHz en 'n analoog insetfrekwensie van 150.1 MHz. Die AD9680 sal die digitale downconverter (DDC) gebruik met 'n werklike inset, 'n komplekse uitset, 'n NCO-afstemfrekwensie van 155 MHz, halfbandfilter 1 (HB1) en halfbandfilter 2 (HB2) aangeskakel (totaal decimasietempo gelyk aan vier), en 6 dB -wins geaktiveer. Aangesien die uitset kompleks is, word die komplekse na werklike omskakelingsblok gedeaktiveer. Onthou uit Figuur 3 die basiese diagram vir die DDC, wat die seinstroom deur die DDC gee. Weereens gaan die sein eers deur die NCO, wat die invoertone in frekwensie verskuif, dan deur die desimasie, deur die versterkingsblok, en in ons geval die kompleks omseil na werklike omskakeling. Weereens sal ons die Frequency Folding Tool gebruik om die aliasing -effekte van die ADC te verstaan ​​om te evalueer waar die analoog insetfrekwensie en die harmonieke daarvan in die frekwensiedomein geleë sal wees. In hierdie voorbeeld het ons 'n werklike sein, 'n monstertempo van 491.52 MSPS, die desimasietempo is op vier gestel en die uitset is kompleks. By die uitset van die ADC verskyn die sein soos hieronder getoon in Figuur 7 met die Frequency Folding Tool. Figuur 7. ADC -uitsetspektrum geïllustreer deur die Frequency Folding Tool. Met 'n invoermonsterklok van 491.52 MHz en 'n analoog ingangsfrekwensie van 150.1 MHz, sal die insetsein in die eerste Nyquist -sone wees. Die tweede harmoniek van die insetfrekwensie by 300.2 MHz val in die eerste Nyquist -sone by 191.32 MHz, terwyl die derde harmoniese by 450.3 MHz aliasse in die eerste Nyquist -sone op 41.22 MHz. Dit is die toestand van die sein by die uitset van die ADC voordat dit deur die DDC gaan. Kom ons kyk nou hoe die sein deur die digitale verwerkingsblokke in die DDC gaan. Ons sal na die sein kyk terwyl dit deur elke fase gaan en sien hoe die NCO die sein verskuif en die desimasieproses die sein daarna vou. Ons sal die grafiek handhaaf in terme van die insetmonstertempo, 491.52 MSPS en die fs -terme sal met betrekking tot hierdie steekproefsyfer wees. Kom ons kyk na die algemene proses soos in Figuur 8 getoon. Die NCO sal die insetseine na links skuif. Sodra die sein in die komplekse (negatiewe frekwensie) domein verby –fs/2 beweeg, sal dit terugvou na die eerste Nyquist -sone. Vervolgens gaan die sein deur die eerste desimeringsfilter, HB2, wat met twee desimeer. In die figuur toon ek die desimeringsproses sonder om die filterreaksie te toon, alhoewel die bewerkings saam plaasvind. Dit is vir die eenvoud. Na die eerste decimasie met 'n faktor van twee, vertaal die spektrum van fs/4 tot fs/2 in frekwensies tussen –fs/4 en dc. Net so vertaal die spektrum van –fs/2 tot –fs/4 in die frekwensies tussen dc en fs/4. Die sein gaan nou deur die tweede desimeringsfilter, HB1, wat ook met twee desimeer (die totale desimasie is nou gelyk aan vier). Die spektrum tussen fs/8 en fs/4 sal nou vertaal na die frekwensies tussen –fs/8 en dc. Net so sal die spektrum tussen –fs/4 en –fs/8 vertaal na die frekwensies tussen dc en fs/8. Alhoewel desimasie in die figuur aangedui word, word die desimasie -filteroperasie nie getoon nie. Figuur 8. Uitwerking van desimeringsfilters op ADC -uitsetspektrum - generiese voorbeeld. Onthou die voorbeeld wat voorheen bespreek is, met 'n insetmonstertempo van 491.52 MSPS en 'n insetfrekwensie van 150.1 MHz. Die NCO -frekwensie is 155 MHz en die desimasietempo is gelyk aan vier (as gevolg van die NCO -resolusie is die werklike NCO -frekwensie 154.94 MHz). Dit lei tot 'n uitsetmonstertempo van 122.88 MSPS. Aangesien die AD9680 gekonfigureer is vir komplekse vermenging, moet ons die komplekse frekwensiedomein by ons analise insluit. Figuur 9 toon aan dat die frekwensievertalings redelik besig is, maar met noukeurige studie kan ons deur die seinstroom werk. Figuur 9. Uitwerking van desimeringsfilters op ADC -uitsetspektrum - werklike voorbeeld. Spektrum na die NCO -verskuiwing: Die fundamentele frekwensie verskuif van +150.1 MHz tot –4.94 MHz. Die beeld van die fundamentele verskuiwing van –150.1 MHz en draai om na 186.48 MHz. Die tweede harmoniese skuif van 191.32 MHz tot 36.38 MHz.  Die derde harmoniese verskuiwing van +41.22 MHz tot –113.72 MHz. Spektrum na afloop met 2: Die fundamentele frekwensie bly by –4.94 MHz. Die beeld van die fundamentele vertaal na -59.28 MHz en word verswak deur die HB1 -desimeringsfilter. Die tweede harmoniese bly op 36.38 MHz. Die derde harmoniese word beduidend verswak deur die HB2 -desimasiefilter. Spektrum na afloop met 4: Die fundamentele bly op –4.94 MHz. Die beeld van die fundamentele bly by –59.28 MHz. Die tweede harmoniese bly by –36.38 MHz. Die derde harmoniese word gefiltreer en feitlik uitgeskakel deur die HB1 -desimasiefilter. Kom ons kyk nou na die werklike meting op die AD9680-500. Ons kan die fundamentele woonbuurte sien by -4.94 MHz. Die beeld van die fundamentele lê by -59.28 MHz met 'n amplitude van -67.112 dBFS, wat beteken dat die beeld met ongeveer 66 dB verswak is. Die tweede harmoniese is op 36.38 MHz. Let op dat VisualAnalog nie die harmoniese frekwensies behoorlik vind nie, aangesien dit nie die NCO -frekwensie en desimasietempo's interpreteer nie. Figuur 10. FFT komplekse uitsetgrafiek van sein na DDC met NCO = 155 MHz en decimeer met 4. Vanuit die FFT kan ons die uitsetspektrum van die AD9680-500 sien met die DDC opgestel vir 'n werklike inset en komplekse uitset met 'n NCO-frekwensie van 155 MHz (werklike 154.94 MHz) en 'n desimasietempo gelyk aan vier. Ek moedig u aan om deur die seine vloeidiagram te loop om te verstaan ​​hoe die spektrum verskuif en vertaal word. Ek wil u ook aanmoedig om noukeurig deur die voorbeelde in hierdie artikel te gaan om die uitwerking van die DDC op die ADC -uitsetspektrum te verstaan. Ek beveel aan dat u figuur 8 uitdruk en dit handig hou as verwysing wanneer u die uitsetspektrum van die AD9680, AD9690, AD9691 en AD9684 ontleed. Terwyl ek hierdie produkte ondersteun, het ek baie vrae gehad oor frekwensies in die uitsetspektrum van die ADC's wat as onverklaarbaar beskou word. Sodra die analise egter gedoen is en die seinvloei deur die NCO en die desimasiefilters ontleed is, word dit duidelik dat wat aanvanklik as onverklaarbare spore in die spektrum beskou is, eintlik net seine is wat presies woon waar hulle behoort te wees. Dit is my hoop dat u, nadat u hierdie artikel gelees en bestudeer het, beter toegerus is om vrae te hanteer die volgende keer as u met 'n ADC werk wat DDC's geïntegreer het. Bly ingeskakel vir deel twee, waar ons verder gaan kyk na addisionele aspekte van die DDC -operasie en ook hoe ons die gedrag daarvan kan simuleer.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys