ADC、DAC選型與匹配電路設(shè)計(jì)解析課件

1、ADC、DAC選型與匹配電路設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共29頁(yè)。目錄DAC評(píng)估環(huán)境DAC選型關(guān)鍵指標(biāo)AQM匹配設(shè)計(jì)DAC使用外部高頻時(shí)鐘的優(yōu)點(diǎn)DAC與IQ調(diào)制器配合校準(zhǔn)本振泄露與鏡像IQ調(diào)制器最大輸出功率、噪聲系數(shù)與ACPR計(jì)算DAC與IQ調(diào)制器之間的低通濾波器設(shè)計(jì)ADC評(píng)估環(huán)境ADC等效噪聲系數(shù)計(jì)算ADC采樣時(shí)鐘的要求與中頻的選擇時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)ADC SNR的影響相噪與時(shí)鐘抖動(dòng)的轉(zhuǎn)換ADC前端驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)ADC滿(mǎn)量程均值功率計(jì)算ADC SFDR、SNR、IM3要求測(cè)試靈敏度時(shí)通道最小增益要求測(cè)試阻塞信號(hào)時(shí)通道最大增益要求第2頁(yè)，共29頁(yè)。DAC評(píng)估環(huán)境第3頁(yè)，共29頁(yè)。DAC關(guān)鍵指標(biāo)第4頁(yè)，共29頁(yè)。DAC關(guān)

2、鍵指標(biāo)底噪與SFDR分析：底噪 以WCDMA為例，3GPP協(xié)議對(duì)系統(tǒng)帶外雜散的要求是-30dBm/1MHz。 IQ調(diào)制器的輸出為-15dBm，功放輸出為46dBm（40W），那么整個(gè)下行系統(tǒng)的增益為46 - (-15) = 61dB。 為了滿(mǎn)足協(xié)議的要求那么DAC的底噪水平要低于-30 61 -10lg(1M) = -151dBM/Hz。SFDR AD9148 SFDR為65。 IQ調(diào)制器的輸出為-15dBm，下行總增益為61dB，那么雜散水平= -15 + 61 65 = - 19dBm/3.84M = -24.84 dBm/1MHz，需要介質(zhì)濾波器或腔體濾波器提供6dB的帶外抑制。第5頁(yè)，

3、共29頁(yè)。DAC關(guān)鍵指標(biāo)ACLR與IMD3分析：ACLR 在PLL OFF的狀態(tài)下AD9148的ACLR為-79。4載波則是-73。 帶外雜散的要求是-30dBm/1MHz=-24.16dBm/3.84MHz。對(duì)應(yīng)于46dBm的功放輸出則是ACLR=70.16dBc/3.84MHz。因此要求ACLR大于70。IMD AD9148的IMD為76，對(duì)應(yīng)于單載波的ACLR則是-(76 + 3) = -79，與數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的相符。 在DAC底噪不受限制時(shí)，IMD值可以簡(jiǎn)單的估算為是單載波-（ACLR+3）。第6頁(yè)，共29頁(yè)。DAC使用外部高頻時(shí)鐘的優(yōu)點(diǎn)1.DAC輸出信號(hào)的量化噪聲更低DAC輸出信號(hào)的噪

4、底 = DAC本身的噪聲 + 采樣時(shí)鐘的遠(yuǎn)端相噪 - 10lg(外部高頻時(shí)鐘頻率/DAC輸出信號(hào)頻率）2.DAC輸出信號(hào)相對(duì)采樣時(shí)鐘的鏡像更遠(yuǎn)鏡像頻率 = 外部高頻時(shí)鐘頻率 - DAC輸出信號(hào)頻率DAC輸出SINC函數(shù)對(duì)鏡像的衰減更大第7頁(yè)，共29頁(yè)。DAC與IQ調(diào)制器配合校準(zhǔn)本振泄露與鏡像1.DAC通過(guò)調(diào)整I路與Q路直流偏置（DC OFFSET）的方式來(lái)抑制本振泄露。 此方法目前有很大的局限性，當(dāng)本振頻率變更或溫度變化較大時(shí)，抑制度會(huì)明顯惡化。2.DAC通過(guò)調(diào)整相位與I、Q兩路幅度的方式來(lái)抑制鏡像。 此方法很穩(wěn)定，抑制度不會(huì)隨著本振頻率的變更或溫度的變化而明顯惡化。第8頁(yè)，共29頁(yè)。AQM匹

5、配SetupR1ohm39R2ohm340R3ohm1200R4ohm576IFSmA20V2V5.00V1V0.00DACDAC R36.51DAC Common Voltage0.50MODDAC Swing(Single)0.73Modulatorcommon voltage1.50Mod Input Swing Single0.30Loss by R2Db-7.83第9頁(yè)，共29頁(yè)。AQM匹配1.R4 = 2*(R1+R2)|R32.DACR = (0.5*R4)|R3+R2|R13.VDAC = V2*R1/(R1+R2+R3) + 0.5*IFS*R1|(R2 + R3)4.DAC

6、 Swing = IFS* DACR5.VMod = V2*(R1+R2)/(R1+R2+R3) + 0.5*IFS*R1*R3/(R1+R2+R3) 6.Mod Input Swing = (DAC Swing)*R3|(0.5*R4)/R2 + R3|(0.5*R4)7.LOSS = 20lg(DAC Swing/Mod Input Swing)第10頁(yè)，共29頁(yè)。IQ調(diào)制器最大輸出功率、噪聲系數(shù)與ACPR計(jì)算1.IQ調(diào)制器輸入信號(hào)Vpp = 1V,電壓增益 = -3dB, 輸出阻抗 = 50歐姆Pout = 10lg(0.5*1*0.5)2*1000/50/2= -0.2dBm2.IQ調(diào)

7、制器芯片底噪為-159dBm/Hz，熱噪聲= -174dBm/HzNF = -159 - (-174) = 153.IQ調(diào)制器OIP3 = Pout + 0.5*IMD = 25dBm，輸出信號(hào)功率 = -15dBm最大非線性產(chǎn)物 = -15 - 2*（15 + 25）= -95dBm4.DAC輸出信號(hào)的總底噪 = -159dBm/Hz, WCDMA單載波帶寬 =3.84MIQ調(diào)制器輸出信號(hào)總底噪= -159 + (-159) + 10lg3.84M = -90dBm/3.84M5.IQ調(diào)制器輸出信號(hào)的ACPR =(-95) - (-90) - (-15) = -73.8dBm/3.84M第1

8、1頁(yè)，共29頁(yè)。AQM LC濾波器設(shè)計(jì)第12頁(yè)，共29頁(yè)。AQM LC濾波器設(shè)計(jì)第13頁(yè)，共29頁(yè)。AQM LC濾波器設(shè)計(jì)第14頁(yè)，共29頁(yè)。ADC評(píng)估環(huán)境第15頁(yè)，共29頁(yè)。ADC評(píng)估環(huán)境第16頁(yè)，共29頁(yè)。ADC等效噪聲系數(shù)計(jì)算RX ADC NF analysisLOG or FADC SNRFS78FS POWER4ADC SNR74SNR BW20000000ADC NOSE1Hz-147.01KTB-174ADC NF26.9897ADC的噪聲密度-78 + 4 10lg20M = -147dBm/HzADC的噪聲系數(shù)-147 - （-174）= 27第17頁(yè)，共29頁(yè)。ADC采樣時(shí)

9、鐘的要求與中頻的選擇1.反饋通道采樣時(shí)鐘必須滿(mǎn)足DPD算法所需的帶寬。 20M LTE信號(hào)，DPD算法需5階互調(diào)產(chǎn)物，那么采樣時(shí)鐘Fs20M*5*2 = 200MHz2.帶通采樣中頻IF = Fs*(2n + 1)/4第18頁(yè)，共29頁(yè)。時(shí)鐘抖動(dòng)對(duì)ADC SNR的影響1. ADC孔徑不確定性 = 200FS，采樣時(shí)鐘抖動(dòng)= 400FS 總時(shí)鐘抖動(dòng) = sqrt(2002 + 4002) = 447FS2. ADC的輸入信號(hào)頻率 =140MHz SNRmax = -20lg2*140M*447FS= 68第19頁(yè)，共29頁(yè)。相噪與時(shí)鐘抖動(dòng)的轉(zhuǎn)換第20頁(yè)，共29頁(yè)。ADC前端匹配電路第21頁(yè)，共2

10、9頁(yè)。ADC滿(mǎn)量程均值功率計(jì)算匹配電阻為200歐姆，輸入信號(hào)Vpp=2V。 PFs = 10lg(2/2)2/200/2*1000 = +4dBm匹配電阻為50歐姆，輸入信號(hào)Vpp=2V。 PFs = 10lg(2/2)2/50/2*1000 = +10dBm第22頁(yè)，共29頁(yè)。ADC SFDR要求WCDMA帶內(nèi)最大阻塞信號(hào)是-40dBm3.84Mhz，有用信號(hào)為-115dBm，處理增益=25dB，解調(diào)門(mén)限=6，熱噪聲=-1741.3.84M熱噪聲 = -174 + 10lg3.84M = -108.1dBm/3.84MHz2.最大可接受噪聲 = -115 + 25 - 6 =-96dBm/3

11、.84MHz 3.除去熱噪聲后可接受的干擾信號(hào) = -96 - (-108.1) = -96.3dBm/3.84MHz4.SFDRin= -40 - （-96.3）= 56.3dBc5.SFDRex= -15 - （-96.3）= 81.3dBc第23頁(yè)，共29頁(yè)。ADC SNR要求輸入信號(hào)的底噪需要比ADC底噪大10dB，WCDMA帶內(nèi)最大阻塞信號(hào)是-40dBm3.84Mhz，靈敏度要求= -121dBm，處理增益=25dB，解調(diào)門(mén)限=6。1.最大可接受噪聲 = -121 + 25 -6 = -102dBm/3.84MHz2.動(dòng)態(tài)范圍= -40 - （-102）= 62dB3.PAR= 7d

12、B，通道不平坦度3dB, ADC底噪需比輸入信號(hào)噪聲低10dBSNRFS 62 + 7 + 3 + 10 = 82dBFS/3.84MHz4.ADC采樣速率 =184.32MHz,奈奎斯特域內(nèi)的SNRFS = 68SNRFS = 68 + 10lg(184.32/2/3.84) = 82dBFS/3.84MHz5.ADC SNRBOOST或NSR帶寬=40M，帶寬內(nèi)SNRFS = 76SNRFS = 76 + 10lg（40/3.84）= 86dBFS/3.84MHz第24頁(yè)，共29頁(yè)。ADC IM3要求雙音互調(diào) -47dBm，在互調(diào)測(cè)試時(shí)接收機(jī)系統(tǒng)噪聲系數(shù)NF=5。1.3.84M熱噪聲 =

13、-174 + 10lg3.84M +5 = -103.1dBm/3.84MHz2.最大可接受噪聲 = -115 + 25 - 6 =-96dBm/3.84MHz 3.除去熱噪聲后可接受的干擾信號(hào) = -96 - (-103.1) = -97dBm/3.84MHz分配到每音調(diào) -97 -3 = -100dBm/3.84MHz4.ADC的滿(mǎn)量程功率 = +4dBm，RRU上行通道增益調(diào)整后為40dB。ADC底噪=-100 + 40 = -60dBm進(jìn)入ADC的互調(diào)信號(hào)功率 = -47 + 40 = -7dBm = -11dBmFS5.IM3FS = 4 - (-60) = 64dBFSIM3 = -7 - (-60) = 53dB第25頁(yè)，共29頁(yè)。測(cè)試靈敏度時(shí)通道最小增益要求WCDMA靈敏度要求= -121dBm，處理增益=25dB，解調(diào)門(mén)限=6。1.最大可接受噪聲 = -121 + 25 -6 = -102dBm/3.84MHz2.ADC SNRFS = 68，采樣速率 = 184.32MHz，滿(mǎn)量程功率=+4dBmADC底噪= -(68 - 4) - 10lg(184.32/2/3.84) = -77.8dBm/3.84MHz3.考慮到ADC底噪需比輸入信號(hào)噪聲低10dB與通道不平坦度3dB