這些趨勢使包括數據轉換器、時(shí)鐘和電源等組件的信號鏈設計變得復雜化。選擇合適的數據轉換器、同步多個(gè)通道以及優(yōu)化電源，對于在多個(gè)通道上實(shí)現必要的帶寬至關(guān)重要。

 

選擇適合的數據轉換器

 

 每個(gè)系統架構都是從對系統性能影響最大的器件開(kāi)始；在寬帶系統中，最先開(kāi)始的就是數據轉換器。選擇哪一款數據轉換器取決于您對以下問(wèn)題的回答：

 

 您是否會(huì )使用零中頻(IF)/復數混頻器架構（如圖1所示）？

 

●   優(yōu)勢：模數轉換器（ADC）的輸入帶寬和采樣率低于其他架構，由此可簡(jiǎn)化或消除濾波。

●   劣勢：對于I和Q路徑，每個(gè)天線(xiàn)元件需要兩個(gè)ADC通道，且混頻器圖像可能會(huì )降低系統性能。

 

您是否會(huì )使用外差法（如圖2所示）？

 

●   優(yōu)勢：您只需要一個(gè)數據轉換器通道，且ADC輸入帶寬低于射頻（RF）采樣。

●   劣勢：需要一個(gè)或多個(gè)混頻器，信號圖像和產(chǎn)生的諧波會(huì )使濾波復雜化；很難調整響應頻率；必須移動(dòng)本地振蕩器(LO)。

 

您是否會(huì )使用直接射頻采樣（如圖3所示）？

 

●   優(yōu)勢：由于信號鏈簡(jiǎn)化，不再需要混頻器；且使用數字下變頻器（DDC）和數控振蕩器（NCO）可以很輕松以數字方式調整頻率。

●   劣勢：最高信號頻率必須在A(yíng)DC的輸入帶寬內；需要進(jìn)行頻率規劃以實(shí)現最高性能。

 

圖1：“典型的復數混頻器架構”

 

圖2：典型的外差架構

 

圖3：典型的射頻采樣架構

 

您需要測量的最寬帶寬信號是什么？

 

●   數據轉換器的采樣率至少應為直接采樣信號瞬時(shí)帶寬的2.5倍，或是零中頻的1.25倍。

●   為獲得最佳性能，約為瞬時(shí)帶寬10倍的采樣率將使您更輕松避免信號諧波和雜散。

 

TI的射頻采樣頻率規劃器、模擬濾波器和DDC Excel計算器可以滿(mǎn)足頻率規劃和濾波要求，并向您展示信號的復雜數字抽取效果。

 

如前所述，寬帶系統需要高采樣率轉換器。例如，信號帶寬為1 GHz的射頻采樣系統可以從帶~10-GSPS轉換速度的數據轉換器中受益，從而避免信號諧波。目前，TI最快的轉換器是ADC12DJ3200，它是一種12位ADC，可在雙通道模式下每通道運行3.2 GSPS或在單通道模式下運行6.4 GSPS。但即使在單通道模式下，它也不能滿(mǎn)足所需的10-GSPS速度。為了滿(mǎn)足這一要求，適用于DSO、雷達和5G無(wú)線(xiàn)測試系統的靈活3.2GSPS多通道AFE參考設計將兩個(gè)ADC12DJ3200組合在一塊板上，如圖4所示。

 

圖4：多通道AFE參考設計框圖

 

此參考設計提供了系統靈活性，因為它可以在四通道、3.2-GSPS模式或雙通道、6.4-GSPS模式下運行，或者作為一個(gè)單通道以高達12.8 GSPS的速度運行。我們的適用于高速示波器和寬帶數字轉化器的12.8-GSPS模擬前端參考設計說(shuō)明了兩個(gè)ADC的板載交錯。

 

現在，隨著(zhù)我們新的雙通道5.2-GSPS ADC12DJ5200RF的推出，您的下一代設計將具有更高的性能和靈活性。由于A(yíng)DC12DJ5200RF與ADC12DJ3200兼容引腳，我們很快就可以修改現有的參考設計，且現在可以提供適用于12位數字轉換器的可擴展20.8GSPS參考設計。在20.8GSPS時(shí)，器件的整個(gè)8-GHz輸入帶寬可以在單個(gè)捕獲中實(shí)現數字化。

 

設計時(shí)鐘架構

 

選擇數據轉換器之后，就必須設計一個(gè)時(shí)鐘架構。為單個(gè)數據轉換器提供時(shí)鐘非常簡(jiǎn)單，但是許多系統，比如我們的交錯設計，需要同時(shí)為多個(gè)轉換器提供時(shí)鐘。例如，大型相控陣系統可以有數百個(gè)或數千個(gè)通道。而TI有多個(gè)器件和參考設計來(lái)應對此設計挑戰。

 

我們的適用于DSO、雷達和5G無(wú)線(xiàn)測試儀的多通道JESD204B 15-GHz時(shí)鐘參考設計是一個(gè)完整的時(shí)鐘子系統。此設計（如圖5所示）包含如LMK61E2可編程振蕩器和LMK04828等多個(gè)時(shí)鐘參考，一個(gè)帶有14個(gè)獨立時(shí)鐘輸出的時(shí)鐘分配器件，以及兩個(gè)可提供高達15 GHz的超低相位噪聲時(shí)鐘的LMX2594鎖相環(huán)/合成器（如圖6所示）。此外，LMX2594還可以為帶JESD204B接口的數據轉換器生成同步SYSREF時(shí)鐘。LMX2594還能夠跨越多個(gè)設備同步時(shí)鐘的相位。在參考設計中，您可以找到多個(gè)頻率下的相位噪聲圖（如圖6所示），并發(fā)現通道到通道偏斜的測量值小于10 ps。

 

圖5：多通道JESD204B 15-GHz時(shí)鐘框圖

 

圖6：15 GHz時(shí)的LMX2594相位噪聲

 

根據配置，該電路板最多支持兩個(gè)數據轉換器和兩個(gè)現場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGAs），且可輕松適應多達六個(gè)轉換器和一個(gè)FPGA的時(shí)鐘。然而，許多系統需要更多的通道。對于這類(lèi)情況，我們的適用于雷達和5G無(wú)線(xiàn)測試儀的高通道數JESD204B時(shí)鐘生成參考設計和適用于雷達和5G無(wú)線(xiàn)測試儀的高通道數JESD204B菊鏈時(shí)鐘參考設計能夠在樹(shù)形結構（如圖7所示）或菊花鏈配置中運行時(shí)鐘。您可以使用這些方法擴展到數千個(gè)通道，同時(shí)對系統性能的影響降至最低。

 

圖7：JESD204B時(shí)鐘生成參考設計樹(shù)形結構框圖

 

電源設計

 

一旦時(shí)鐘架構確定，那么下一個(gè)挑戰就是電源設計。由于數據轉換器和時(shí)鐘對DC/DC轉換器的開(kāi)關(guān)噪聲敏感，所以大多數電源設計人員都會(huì )采用帶低噪聲、低壓差穩壓器的DC/DC轉換器（LDO）。然而，經(jīng)過(guò)精心布局和過(guò)濾，在許多電源上經(jīng)常不需要LDO。

 

前面提到的3.2-GSPS多通道模擬前端參考設計具有一個(gè)完整電源，包括DC/DC穩壓器和LDO，如圖8所示。此設計上的LDO可以用濾波器繞過(guò)，以測試哪些電源對開(kāi)關(guān)噪聲最敏感。我們的測試證實(shí)，繞過(guò)LDO時(shí)不會(huì )對設計的性能產(chǎn)生任何影響，也表明了電源效率增高的額外好處。

 

圖8：3.2-GSPS多通道AFE參考設計電源框圖

 

該電路板包含一系列沿頂部的排針引腳，這些排針引腳支持新的設計繞過(guò)板載電源解決方案，例如我們的可最大限度提高12.8GSPS數據采集系統性能的低噪聲電源參考設計（如圖9所示），能夠同步所有DC/DC穩壓器與主時(shí)鐘，從而更容易濾除轉換器開(kāi)關(guān)噪聲。此外，您可以將時(shí)鐘的相位移到每個(gè)轉換器，以便所有轉換器不會(huì )同時(shí)切換，從而降低總開(kāi)關(guān)能量。最后，參考設計上的DC/DC轉換器更加高效，降低了電路板上的總功耗。與最初設計一樣，LDO仍然可以被繞過(guò)。

 

圖9：低噪聲電源參考設計框圖

 

選擇合適的數據轉換器只是您面臨的挑戰之一。一旦做出選擇，必須選擇最好的時(shí)鐘和電源設計，以免降低昂貴的數據轉換器的性能。

 

 

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