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数字下调器发生了什么

2017年2月7日经过乔纳森·哈里斯（Jonathan Harris），模拟设备

无线电体系结构比以往任何时候都包含更多的下调阶段。这里有一些可以跟上的技巧。

许多当前的无线电体系结构包含下调阶段，将RF或微波频带转换为基带处理的中间频率。无论最终应用如何，无论是通信，航空航天和防御还是仪器，感兴趣的频率都将更高的频率推向RF和微波谱。解决这种情况的一种可能解决方案是使用越来越多的下调阶段，例如图1所示的阶段。但是，另一个更有效的解决方案是使用具有集成的数字下调器（DDC）的RF ADC，如图2所示。。

图1.具有下调阶段的典型接收器模拟信号链。

将DDC功能与RF ADC集成，消除了对其他模拟下调阶段的需求，并允许将RF频域中的频谱直接转换为基带进行处理。RF ADC在GIGAHERTZ频域中处理频谱的能力减轻了在模拟域中执行潜在多个下调的需求。DDC的能力允许频谱的可持续性以及通过分解过滤进行过滤，这也提供了改善频带内部动态范围的优势（增加了SNR）。有关此主题的其他讨论可以在这里找到，“不是您祖父的ADC”（PDF）和这里， ”GigAsample ADC承诺直接RF转换。”这些文章提供了一些关于AD9680和AD9625及其DDC功能。

图2.使用DDC的RF ADC接收器信号链。

这里的主要重点将放在AD9680中存在的DDC功能上（以及AD9690，AD9691和AD9684）。为了了解DDC功能以及在使用ADC使用DDC时如何分析输出频谱，我们将以AD9680-500的形式来看一个示例。作为帮助频率折叠工具将在模拟设备上使用网站。这种简单而功能强大的工具可用于帮助理解ADC的混叠效应，这是分析具有AD9680等集成DDC中RF ADC中输出频谱的第一步。

在此示例中，AD9680-500的输入时钟为368.64 MHz，模拟输入频率为270 MHz。首先，了解AD9680中数字处理块的设置很重要。AD9680将设置为使用数字下调器（DDC），其中输入是真实的，输出很复杂，数值控制的振荡器（NCO）调谐频率设置为98 MHz，启用半频滤波器1（HB1）（HB1）并启用了6 dB增益。由于输出很复杂，因此禁用了复合物到真实的转换块。DDC的基本图如下所示。为了了解输入音调的处理方式，重要的是要了解信号首先通过NCO，该NCO会以频率移动输入音调，然后通过拆卸，可选地通过增益块，然后选择通过复杂到真正的转换。

图3. AD9680中的DDC信号处理块。

重要的是要了解信号流的宏观视图也是通过AD9680的。信号通过模拟输入进入，通过ADC核心，通过JESD204B序列化器进入DDC，然后通过JESD204B串行输出泳道进入。图4所示的AD9680的框图说明了这一点。

图4. AD9680框图。

输入样品时钟为368.64 MHz，模拟输入频率为270 MHz，输入信号将在98.64 MHz的第一个Nyquist区域中脱离。输入频率的第二个谐波将在171.36 MHz的第一个Nyquist区域中脱落，而第三个谐波别名为72.72 MHz。这是由频率折叠工具在图5中。

图5.频率折叠工具说明的ADC输出频谱。

图5中所示的频率折叠工具图在ADC核心通过AD9680中的DDC之前给出了信号状态。信号在AD9680中通过的第一个处理块是NCO，它将将频谱向左向左移动频域中的频谱乘以98 MHz（回想一下我们的调整频率为98 MHz）。这将将模拟输入从98.64 MHz向下移至0.64 MHz，第二个谐波将转移到73.36 MHz，第三个谐波将转移到–25.28 MHz（回想一下，我们正在寻找一个复杂的输出）。这在下面图6中的Visual类似物的FFT图中显示。

图6. DDC具有NCO = 98 MHz并减少2的DDC后的FFT复合物输出。

从图6中的FFT图中，我们可以清楚地看到NCO如何改变了我们在频率折叠工具中观察到的频率。有趣的是，我们在FFT中看到了无法解释的语气。但是，这种语气真的无法解释吗？NCO不是主观的，并且会改变所有频率。在这种情况下，它已将98 MHz的基本输入音调的别名降至0.64 MHz，并将第二个谐波转移到73.36 MHz，并将第三个谐波转移到–25.28 MHz。此外，另一种音调也发生了变化，出现为86.32 MHz。这种语气实际上是从哪里来的？DDC或ADC的信号处理是否产生了这种基调？好吧，答案是没有……是的。

让我们更仔细地看一下这种情况。频率折叠工具不包括ADC的DC偏移。此DC偏移导致DC（或0 Hz）的音调。频率折叠工具是假设没有DC偏移的理想ADC。在AD9680的实际输出中，0 Hz处的直流偏移量的频率向下移动至–98 MHz。由于复杂的混合和拆卸，此DC偏移音调折叠回到真实频率域中的第一个Nyquist区域。当查看一个复杂的输入信号，其中音调转移到负频域中的第二个Nyquist区域时，它会将其重新回到真实频域中的第一个Nyquist区域。由于我们的拆卸速率等于两个，因此我们的nyquist区92.16 MHz宽（召回：FS = 368.64 MHz，分解的样品速率为184.32 MHz，其Nyquist区为92.16 MHz）。直流偏置音调转移到–98 MHz，从92.16 MHz的nyquist区域边界处于5.84 MHz三角洲。当这种音调折叠回第一个Nyquist区域时，最终以相同的偏移距离实际频域中的Nyquist区域边界，即92.16 MHz - 5.84 MHz = 86.32 MHz。 This is exactly where we see the tone in the FFT plot above! So technically, the ADC is producing the signal (since it is the dc offset) and the DDC is moving it around just a bit. This is where good frequency planning comes in. Proper frequency planning can help to avoid situations such as this one.

现在，我们已经研究了一个示例，使用NCO和HB1过滤器，其拆卸率等于两个，让我们在示例中添加更多。现在，我们将提高DDC中的分解率，以查看何时采用更高的分解速率以及与NCO进行频率调整时的频率折叠和翻译效果。

在此示例中，我们将查看以491.52 MHz的输入时钟操作的AD9680-500，模拟输入频率为150.1 MHz。AD9680将设置为使用真实输入，复杂输出，155 MHz的NCO调音频率，半波段滤波器1（HB1）和半波段滤波器2（HB2）（总计）（总计）（总计）（总计）（总计）（总计）（Total）拆卸率等于四），启用了6 dB增益。由于输出很复杂，因此禁用了复合物到真实的转换块。从图3回忆DDC的基本图，该图给出了通过DDC的信号流。信号再次首次通过NCO，该NCO以频率移动输入音调，然后通过拆卸，通过增益块，在我们的情况下，绕过复合物转换为真实的转换。

再次，我们将使用频率折叠工具来帮助了解ADC的混叠效应，以评估模拟输入频率及其谐波将位于频域中的位置。在此示例中，我们有一个真实的信号，样品速率为491.52 msps，分解率设置为四个，并且输出很复杂。在ADC的输出时，信号出现如下图7所示，并带有频率折叠工具。

图7.频率折叠工具说明的ADC输出频谱。

输入样品时钟为491.52 MHz，模拟输入频率为150.1 MHz，输入信号将位于第一个Nyquist区域。在300.2 MHz处的输入频率的第二个谐波将在191.32 MHz的第一个Nyquist区域中别名，而第三个谐波为450.3 MHz的偏执别名在41.22 MHz的第一个Nyquist区域。这是ADC输出通过DDC之前的信号状态。

现在，让我们看一下信号如何通过DDC内部的数字处理块。我们将在每个阶段进行信号时查看信号，并观察NCO如何移动信号，然后删除过程随后折叠信号。我们将根据输入采样率，491.52 msps和F维护图_s条款将与此样本率有关。让我们观察如图8所示的一般过程。NCO将将输入信号移向左侧。一旦复合物（负频率）域中的信号移动到–f之外_s/2，它将折叠回到第一个Nyquist区域。接下来，信号通过第一个拆卸滤波器HB1，该滤波器将其分解两个。在图中，我正在显示拆卸过程，即使操作一起出现，也没有显示过滤器响应。这是为了简单。在第一次拆卸两倍之后，来自F的频谱_s/4至fs/₂转换为–f之间的频率_s/4和DC。同样，来自–f的频谱_s/2至–f_s/4转化为DC和FS/4之间的频率。该信号现在通过第二个拆卸滤波器HB2，该滤波器也耗尽了两个（现在总取学等于四）。F之间的频谱_s/8和F_s/4现在将转化为–f之间的频率_s/8和DC。同样，–f之间的频谱_s/4和–f_s/8将转化为DC和F之间的频率_s/8。尽管在图中指示了分解，但未显示拆卸操作。

图8.分解过滤器对ADC输出频谱的影响 - 示例。

回想一下先前讨论的示例，输入样本率为491.52 msps，输入频率为150.1 MHz。NCO频率为155 MHz，切除率等于四个（由于NCO分辨率，实际NCO频率为154.94 MHz）。这导致输出样本率为122.88 msps。由于AD9680是为复杂混合配置的，因此我们需要在分析中包括复杂的频域。图9显示了频率翻译非常繁忙，但是通过仔细研究，我们可以通过信号流动。

图9.分解过滤器对ADC输出频谱的影响 - 事实示例。

NCO转移后的频谱：

基本频率从+150.1 MHz向下转移到–4.94 MHz。
基本的图像从–150.1 MHz转移到围绕186.48 MHz。
第二个谐波转移从191.32 MHz降至36.38 MHz。
第三个谐波从+41.22 MHz向下降至–113.72 MHz。

二十二次之后的频谱：

基本频率保持在–4.94 MHz。
基本的图像转换为–59.28 MHz，并被HB1拆卸滤波器减弱。
第二个谐波保持在36.38 MHz。
第三个谐波通过HB1拆卸过滤器显着减弱。

降低4的频谱：

该基本状态保持在–4.94 MHz。
基本图像保持在–59.28 MHz。
第二个谐波停留在–36.38 MHz。
第三个谐波被过滤，并通过HB2拆卸过滤器实际上消除。

现在，让我们看一下AD9680-500的实际测量。我们可以看到基本居住在–4.94 MHz。基本的图像位于–59.28 MHz，幅度为–67.112 dbfs，这意味着该图像已被约66 dB减弱。第二个谐波位于36.38 MHz。请注意，VisualAnalog无法正确找到谐波频率，因为它没有解释NCO频率和删除率。

图10. FFT复杂输出图信号DDC具有NCO = 155 MHz并降低4。

从FFT中，我们可以看到AD9680-500的输出频谱，DDC设置为实际输入和复杂输出，NCO频率为155 MHz（实际154.94 MHz），而拆卸速率等于四。我鼓励您浏览信号流程图，以了解频谱如何移动和翻译。我还鼓励您仔细浏览本文中提供的示例，以了解DDC对ADC输出频谱的影响。我建议在分析AD9680，AD9690，AD9691和AD9684的输出光谱时打印图8并保持方便供参考。在支持这些产品的同时，我遇到了许多与ADC输出频率频率相关的问题，这些问题被认为是无法解释的。但是，一旦完成分析并通过NCO分析了信号流和拆卸过滤器，就可以明显看出，最初被认为是在频谱中无法解释的马刺实际上只是信号是确切地居住在哪里。我希望在阅读和研究本文后，您可以在下次与DDC集成的ADC合作时更好地处理问题。请继续关注第二部分，我们将继续研究DDC操作的其他方面，以及如何模拟其行为。我们将查看由于ADC别名引起的分解过滤器响应，将提供更多示例，并将使用虚拟评估来观察AD9680中DDC的操作及其对ADC输出频谱的影响。

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数字下转换器发生了什么 - 第2部分

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