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[導讀]摘要ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)新推出的低功耗,高密度,高采樣率,高性 能的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,這款芯片目前已經(jīng)廣泛的應用在通信行業(yè)。本文以時分通信系統(tǒng)為 例,詳細介紹了 ADS58H40 在 F 頻段和 A 頻

摘要

ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)新推出的低功耗,高密度,高采樣率,高性 能的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,這款芯片目前已經(jīng)廣泛的應用在通信行業(yè)。本文以時分通信系統(tǒng)為 例,詳細介紹了 ADS58H40 在 F 頻段和 A 頻段中的應用,通過合理的設(shè)置中頻,利用頻譜 搬移原理,在采用較低采樣率時,使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收,為研發(fā)工程師提供一個低成本,高性能的方案。

目錄

1 ADS58H40 簡介

2 時分通信系統(tǒng)的 F+A 頻段 RRU 通信系統(tǒng)

2.1 TD-LTE 系統(tǒng)頻點

2.2 時分系統(tǒng) F+A 頻段的設(shè)備實現(xiàn)

3 ADS58H40 在時分通信系統(tǒng)中 F+A 頻段的應用

3.1 低本振時,F(xiàn)+A 頻段的實現(xiàn)

3.2 中間本振時,F(xiàn)+A 頻段的實現(xiàn)

4 ADS58H40 測試結(jié)果

5 總結(jié)

6 參考文獻

1 ADS58H40 簡介

ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)推出的采樣頻率高達 250MSPS 的高線性,4 通道

11 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。ADS58H40 采用 SNRBoost3G+技術(shù),在 170MHz 中頻時 SFDR 為

85dBc,SNR 為 71dBFS(90MHz 信號帶寬),可為滿足那些要求高信號帶寬的多載波與多模式通信系統(tǒng)(如 TD-LTE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA 以及 WiMAX 等)的 SFDR 和 SNR 的要 求,滿足系統(tǒng)指標需求。同時它還有可用于支持反饋通道 125MH 帶寬信號的 14bit Burst 模式。

ADS58H40 的關(guān)鍵特性和優(yōu)勢

l 可編程 SNRBoost3G+技術(shù)可實現(xiàn) 90MHz 帶寬下高達 71dBFS 的 SNR 性能,從而滿足客戶

3G 與 4G 接收機規(guī)范的要求;

l 低功耗:在 250MSPS 下單位通道功耗為 365mW,可幫助制造商成功設(shè)計低功耗高密度四通道接收機與數(shù)字預失真(DPD)反饋環(huán)路;

l 三種輸出模式靈活選取。輸出可選 11bit 輸出,11bit SNRBoost3G+模式輸出和 14bit Burst 模式輸出,可同時用于接收和 DPD 反饋鏈路;

l 包括 DAC3484、LMH6522/1、TRF3705、LMH0480x、GC5330 以及 TMS320C6748 在內(nèi)的

完整信號鏈可加速產(chǎn)品的上市進程。

作為完整信號鏈的一部分,ADS58H40 四通道 ADC 可以無縫連接 TI 的 DVGA(如 LMH6522/1)以 及功放預失真(DPD)芯片 GC5330,GC5337 等,同時 TI 提供完整的時鐘分配 LMK0480X 的 解決方案。

ADS58H40 是 4 通道的產(chǎn)品。它采用 TI 的專利 SNRBoost3G+技術(shù),把信噪比提升,達到 14bit ADC 的信噪比,可以用在通信系統(tǒng)的接收通道,同時也支持 14bit Burst 模式,使其成為一個 14bit 250MHz 的 ADC,用在通信系統(tǒng)的 DPD 反饋接收通道中。


圖 1. 14Bit Burst 模式下 ADS58H40 輸出頻譜圖


圖 2. SNRBoost 功能打開 ADS58H40 輸出頻譜圖

2 時分通信系統(tǒng)的 F+A 頻段 RRU 通信系統(tǒng)

2.1 TD-LTE 系統(tǒng)頻點

TD LTE 是中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代移動通信技術(shù)。它吸納了 TD-SCDMA 的主要技術(shù)元 素,體現(xiàn)了我國通信產(chǎn)業(yè)在寬帶無線移動通信領(lǐng)域的最新自主創(chuàng)新成果。2004 年,中國在標準 化組織 3GPP 提出了第三代移動通信 TD-SCDMA 的后續(xù)演進技術(shù) TD-LTE,并主導完成了相關(guān) 的技術(shù)標準。

工業(yè)和信息化部發(fā)布的《工業(yè)和信息化部關(guān)于國際移動通信系統(tǒng)(IMT)頻率規(guī)劃事宜的通 知》中正式明確了 TD 系統(tǒng)的頻率分配。

F 頻段(1880MHz~1920MHz):共計 40MHz A 頻段(2010MHz~2025MHz):共計 15MHz E 頻段(2320MHz~2370MHz):共計 50MHz D 頻段(2500MHz~2690MHz):共計 190MHz

2.2 時分系統(tǒng) F+A 頻段的設(shè)備實現(xiàn)

在頻域,采樣過程實際就是原模擬信號在頻譜的重復。當信號頻帶不變而采樣速率降低時,重復頻譜間的距離越來越近,采樣速率降到一定時,頻譜開始出現(xiàn)混疊,這時信號將失真。這就是奈奎斯特采樣定理要求如果要從相等時間間隔的采樣點中,無失真地重建模擬信號波形,則采樣頻率必須大于或等于模擬信號中最高頻率成份的兩倍。但當對帶通信號進行采樣時,可采用欠采樣技術(shù),即采樣速率可以小于信號最高頻率的兩倍。欠采樣技術(shù)又稱諧波采樣或帶通采樣技術(shù)。但是即使是帶通采樣,也必須大于帶通信號帶寬的 2 倍

對于 TD 系統(tǒng)的 F 頻段和 A 頻段。如果要采用一個通道的 ADC 進行采樣,采樣率至少要大于 2 倍的 F+A 頻帶帶寬(F+A 頻帶帶寬:2025-1880=145MH)。出于抗混疊濾波的考慮,預留 40M 的過渡帶,那么采樣率需要增加到 330M。對 ADC 的采樣率提出了很高的要求。滿足系統(tǒng)要求的 ADC 功耗,價格都很高,在實際系統(tǒng)中很難得到大規(guī)模的應用。

目前的常規(guī)實現(xiàn)方法是把 F 頻段和 A 頻段獨立接收,系統(tǒng)為每個頻段安排一個合適的本振,將信 號變到對應的中頻,然后把 F 頻段和 A 頻段用不同的 ADC 進行采樣,然后進行基帶處理。這樣的缺點就是至少需要一個雙通道的 ADC 才能完成一個 F 頻段和 A 頻段的信號處理。以 ADC 采樣 率 122.88MH 為例,如中心頻點在 92.16M,通過 Mixer 分別變頻,ADC 分別采樣,可得下圖。


圖 3. 雙本振時,F(xiàn) 頻段 A 頻段頻譜示意圖


圖 4. 雙本振時,F(xiàn) 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖

3 ADS58H40 在時分通信系統(tǒng)中 F+A 頻段的應用

根據(jù)離散傅立葉變換公式可知,時域的采樣等于頻域的周期延拓,這些延拓后的頻譜最終都會被 折返到第一奈奎斯特域中。信號的幅度相等,相位會隨著奈奎斯特域的不同而不同。

3.1 低本振時,F(xiàn)+A 頻段的實現(xiàn)

通過對 F 頻段和 A 頻段的信號進行分析,發(fā)現(xiàn)盡管信號總帶寬很寬,但信號本身是不連續(xù)的,F(xiàn) 頻段帶寬是 35MHz 在(5MHz 的保護帶寬),A 頻段帶寬是 15MHz,他們之間有 95MHz 的固定 間隔。利用帶通采樣定理和傅立葉變換,通過合理安排中頻頻點和采樣頻率,利用采樣后頻譜周期延拓,在低采樣率的條件下可實現(xiàn) F,A 頻段同時接收而不引起混疊。這樣就可以使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收,比常規(guī)的方法減少了一倍的接收通道,使成本大大的降低。

假設(shè) ADC 采樣率為 250MHz。如采用低本振的方式,可以將 F 頻段信號放在奈奎斯特域 1 區(qū),將 A 頻段放在奈奎斯特域 2 區(qū),原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的信號和 A 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的延 拓信號頻譜不能混疊。


圖 5. 低本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖

采樣率

MHz

LOMHz

射頻頻MHz

中頻(MHz

對應到奎斯特 1 區(qū)頻點

MHz

250MHz

1870

1880

10

10

1915

45

45

2010

140

110

2025

155

95

1860

1880

20

20

1915

55

55

2010

150

100

2025

165

85

1850

1880

30

30

1915

65

65

2010

160

90

2025

175

75

1848

1880

32

32

1915

67

67

2010

162

88

2025

177

73

從表格中可以看出本振的可以選擇范圍還是比較大的。A 頻段和 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的相對位 置如下圖所示:


圖 6. 低本振時,F(xiàn) 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖

此種方式可以實現(xiàn)在 250MHz 的采樣率條件下,實現(xiàn) F,A 兩個頻段的同時采樣,但是因為中頻 帶寬太寬,相對采樣率太低??够殳B濾波器的帶寬很寬,增加了成本和降低了帶外抑制,制約了前級抗抗混的濾波器的實現(xiàn),也降低了系統(tǒng)的阻塞特性。對于系統(tǒng)的實現(xiàn)來說,有很大的困難。

3.2 中間本振時,F(xiàn)+A 頻段的實現(xiàn)

如果考慮將本振放在 F 頻段和 A 頻段之間,對 F 頻段使用高本振,對 A 頻段使用低本振,將 F 頻 段信號放在奈奎斯特負區(qū),A 頻段信號放在奈奎斯特 1 區(qū),原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的延拓 信號和 A 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的信號頻譜不能混疊。


圖 7. 中間本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖

采樣率

MHz

LOMHz

射頻頻點

MHz

中頻(MHz

對應到奎斯特 1

區(qū)頻點(MHz

250

2000

1880

-120

120

1915

-85

85

2010

10

10

2025

25

25

1990

1880

-110

110

1915

-75

75

2010

20

20

2025

35

35

1980

1880

-100

100

1915

-65

65

2010

30

30

2025

45

45

1970

1880

-90

90

1915

-55

55

2010

40

40

2025

55

55


圖 8. 本振 1980MH 時,F(xiàn) 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖

經(jīng)過分析可知:此種方法在 250MHz 的采樣率,可以實現(xiàn) F,A 兩個頻段的同時采樣,對于抗混 疊濾波器,通帶設(shè)置在奈奎斯特 1 區(qū)就可以了,大大降低了實現(xiàn)難度,同時提升了對其他奈奎斯特區(qū)的抑制。

4 ADS58H40 測試結(jié)果

下面給出了 ADS58H40 在不同頻點下的測試結(jié)果,可以看出 ADS58H40 可以提供 90M 的信號帶 寬,而且在帶寬內(nèi)的性能指標完全可以滿足系統(tǒng)的要求。

FSMHz

Fin(MHz)

Ain(dBFS)

SNR(dBFS) in

90MHz Band

SFDR(dBFS) in 90MHz

Band

245.76

30.1

-1

71.2

81

245.76

40.1

-1

70.8

111

245.76

50.1

-1

70.6

85

245.76

80.1

-1

70.9

91

245.76

100.1

-1

70.4

89


圖 9. Fin 為 30MHz 時,ADS58H40 輸出頻譜圖


圖 10. Fin 為 100MHz 時,ADS58H40 輸出頻譜圖

5 總結(jié)

ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)新推出的低功耗,高密度,高采樣率,高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片,這款芯片目前已經(jīng)廣泛的應用在通信行業(yè)。本文以 TD 系統(tǒng)為例,詳細 介紹了 ADS58H40 在 F+A 頻段中的應用,通過合理的設(shè)置中頻,利用傅立葉變換帶來的頻譜搬移,在采用較低采樣率時,使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收,為研 發(fā)工程師提供一個低成本,高性能的方案。

6 參考文獻

1. ADS58H40 Datasheet

2. SNRBoost ADC(ZHCA123),冷愛國, http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=zhca123&fileType=pdf

3. 超 寬 帶 系 統(tǒng) 中 ADC 前 端 匹 配 網(wǎng) 絡 設(shè) 計 , Lu Wenjing

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca489/zhca489.pdf

4. 直 流 偏 移 校 正 功 能 與 ADS58H40 PCB 布 局 優(yōu) 化 , Tu lance

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca564/zhca564.pdf

 

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