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高速信号产生使用中的要害要求

在高速信号发生应用中,带宽和分辨率是关键要求。新型信号发生应用运用高速数模转换器(DAC)来产生各种不同类型的波形,包括单音直至具数百兆赫兹带宽、复杂的多通道波形。这些应用要求高速DAC足够快,以在不

高速信号产生运用中,带宽和分辨率是要害要求。新式信号产生运用运用高速数模转换器(DAC)来产生各种不同类型的波形,包含单音直至具数百兆赫兹带宽、杂乱的多通道波形。这些运用要求高速DAC足够快,以在不献身模仿功能的前提下产生这些波形。在许多信号产生运用中,相位噪声会约束通道的数量以及或许完成的通道距离。传统上,相位噪声由驱动DAC时钟输入的时钟信号引起,不过DAC添加的任何相位噪声都会呈现在输出频谱中,并约束或许产生的信号。对任何通用信号产生运用而言,抱负DAC的速度应该尽或许快,且噪声低、线性度高、附加性相位噪声十分低。这些功能标准中的任何一项假如缺失,那么所产生的波形都不足以满意运用的要求。

带宽

在任何信号产生运用中,最重要的规划标准都是带宽。任何规划师都会问到的第一个问题是:需求多大的带宽来产生想要的信号?关于特定信令协议或特定运用,规划师或许需求必定巨细的带宽。不管规划师想要完成的带宽有多大,DAC的速度都要至少是想要带宽的2倍。带宽与采样率(fs)之间的这种联系是由哈里-奈奎斯特界说的,描绘了信号在采样体系中的体现。

虽然能够产生带宽从DC至fs/2的信号,可是这么做常常不实践,因为输出频谱中会呈现所产生信号的镜频信号。镜频信号会呈现在N×fs±fout(其间,fout是所产生信号的频率)。实践上,需求重建滤波器来衰减或许呈现在输出频谱中任何所产生信号的镜频信号。即便所产生信号的带宽没有延伸到fs/2,但挨近于它,镜频信号也会难以滤除。重建滤波器是用实在元件在模仿域完成。与数字滤波器不同,这些元件对错抱负的,会导致具纹涉及插入损耗的非抱负通带。一般来说,这些滤波器阶数越高,产生的纹波和插入损耗就越大,然后使抱负滤波器愈加难以规划。信号带宽越挨近fs/2,滤波器阶数就必须越高,以衰减采样过程中产生的镜频信号。滤波器阶数越高,所需元件就越多,也就会产生更大的插入损耗和通带纹波。


图1:LTC2000主张原理图。

运用采样速率较高的DAC会增大可用带宽,这将下降对滤波器的要求,答应滤波器选用较少的元件,下降杂乱性,然后简化规划,产生更好的成果。LTC2000是一款高功能、16位、2.5Gsps高速DAC,具有2.5Gsps采样率,然后fs/2频率为1.25GHz.因而,关于800MHz的信号带宽,在1.7GHz处会有一个镜频信号。在想要的频带和镜频信号频率之间有900MHz.凭仗900MHz的维护带,镜频信号能够用简略的低通滤波器轻松滤除。具有较低采样速率的DAC所产生的镜频信号更接近想要的频率,因而需求愈加严厉和杂乱的滤波器。

要产生带宽延伸到fs/ 2的信号,还有另一个问题,即任何DAC都存在SINC(sin(x)/x)滚降,跟着频率升高,这个问题将使所产生的信号衰减。这种滚降在采样频率(fs)处有一个零点,然后不或许产生一个精确呈现在采样频率上的信号。所产生的信号仅仅一个DC电压。关于实践运用而言,大约60%的奈奎斯特区域(DC至fs/2)没有很大的SINC衰减,而可被运用。假如0dB是DC时的信号电平,那么在60%奈奎斯特频率处,信号电平会下降6dB.人们常常在数字域完成这种滚降的反向补偿,以纠正所产生信号的天然滚降。这使DAC能够产生随频率改变具稳定起伏的波形。假如运用更高速度的DAC,那么SINC函数的滚降会随DAC输出频率的升高而减轻。

相位噪声

在信号产生运用中,另一个需求考虑的重要因素是输出的相位噪声。输出信号中呈现的相位噪声约束信号之间的距离,且或许约束能够完成的调制阶数。在信号产生过程中,相位噪声越大,所产生信号的SNR就越低,其误码率也就越高。颤动可用来衡量信号在时刻域的过零精确度。一个完美的信号会在每个周期中的相一起点过零。实践上,这些过零点在时刻上会有必定的分散性。假如这种分散性转换到频率域,就能够看到在基音周围以频谱走漏方式呈现的相位噪声。假如有几个腔调彼此接近,那么某个腔调的SNR或许因其相邻腔调的频谱走漏而劣化,这会使信号误码率变差,下降所产生信号的精确度。经过下降在所产生信号中引进的相位噪声,能够防止这种信号完整性丢失。

防止给信号产生体系引进相位噪声的最简略办法,是用一个相位噪声极低的时钟来发动。相位噪声较低的时钟传递给所产生信号的相位噪声较低。还有一点很重要,加在所产生信号上的时钟相位噪声的衰减起伏正比于所产生信号频率与时钟采样速率之比。这种正比联系意味着,与经过用高采样频率时钟产生高频信号比较,假如用相同的时钟产生低频信号,就会在输出信号上产生较小的相位噪声。假如所产生的频谱很宽,那么相关于较低频率端,所产生的信号在频谱高端会有更大的相位噪声。


图2:LTC2000主张布局。

LTC6946是一款频率合成器,不必外部VCO就可产生从370MHz直至5.7GHz的信号。该器材具有杰出的相位噪声功能和十分低的寄生重量,合适作为信号产生运用的时钟源运用。用LTC6946驱动LTC2000高速DAC时,所产生的相位噪声足够低,合适大多数要求苛刻的信号产生运用。LTC6946含有一个内部VCO,可在便利性和相位噪声之间做出权衡。假如运用LTC6945和一个外部VCO,还能完成更低的相位噪声。就LTC6945和LTC6946频率合成器而言,起主导作用的相位噪声源是VCO.在产生65MHz输出腔调时,LTC2000在1MHz偏移有-165dBc/rHz附加噪声。这保证与LTC2000自身的附加性相位噪声比较,时钟相位噪声起主导作用。为了防止其他噪声导致输出信号劣化,在模仿输出电路部分应该留意运用恰当的布局办法。

恰当的RF布局

规划印刷电路板时,假如没有选用恰当的规划及布局规矩,那么运用高功能DAC和时钟源的优点就会大打折扣。假如没有恰当的对称性、旁路和势垒,所产生的模仿输出波形就有或许呈现差错,还或许引进噪声及其他寄生重量。图1显现了LTC2000的典型原理图。就直至500MHz的信号而言,LTC2000的噪声频谱密度好于158dBm/rHz,这有助于在很宽的信号频率规模内坚持很高的信噪比。该器材的无寄生动态规模(SFDR)直至500MHz均好于74dB,而关于直至1GHz的输出频率而言,SFDR则好于68dB.为了最大极限进步LTC2000的功能,需求进行恰当的布局。DAC的输出应该作为一个差分对来对待,并尽或许以对称的途径传送。输出网络中的任何非对称性都或许导致差分信号之间呈现压差。这种电压差将导致共模搅扰,进而在输出频谱中产生不想要的失真和噪声。经过使每个输出的传输线完成对称性,能够防止这种搅扰。

能够经过通孔以及杰出的布局维护模仿输出免受搅扰信号影响。信号产生DAC有3个端口,并带来了布局应战:时钟输入、模仿输出和数据输入。假如数据输入走线接近输出或时钟,那么数据信号会耦合到这些信号中,在输出频谱中引起杂散噪声。类似地,假如时钟信号因为不良布局而耦合到模仿输入中,就会影响所产生信号的完整性。规划电路板时,经过在数字电路、时钟信号和模仿输出电路之间设置恰当的势垒,能够使DAC完成最高功能。恰当的做法是,在不同的层上传送数字信号、时钟信号和模仿输出,以最大极限下降这些信号之间的彼此影响。图2显现了LTC2000的布局,一起显现了怎样阻隔数字信号、时钟信号和模仿输出。在该图中,数字走线布设在电路板内层上,仅经过通孔连接到LTC2000焊盘。时钟走线十分短,由通孔围住以阻隔信号,并且不会布设在数字走线或模仿输出周围。输出走线要尽或许对称,并由维护模仿输出免受搅扰信号影响的势垒围住。遵从这些布局辅导准则并选用洁净的采样时钟,LTC6946和LTC2000就能产生十分洁净的波形,满意要求最苛刻的信号产生运用的需求。

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