多載波GSM/EDGE發(fā)射器的關(guān)鍵DAC參數(shù)

以下文章將深入探討帶LVPECL數(shù)字輸入的260Msps、14位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）MAX5195如何適應(yīng)基于GSM/EDGE的收發(fā)器設(shè)計。本文詳細(xì)介紹了確切的SFDR、IMD、SNR和MTPR要求，以及MAX5195高動態(tài)性能DAC如何滿足這些要求。本文最后舉例說明了 DAC 在 GSM/EDGE 應(yīng)用中常見的 4 音 MTPR 性能。

新興的無線通信標(biāo)準(zhǔn)（寬帶、多載波）對失真和噪聲規(guī)格的要求越來越低。發(fā)射器（Tx）電路中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）是模擬信號生成的關(guān)鍵元件。它們可以顯著影響系統(tǒng)的最終動態(tài)性能。

用于GSM/EDGE的多載波基站收發(fā)器系統(tǒng)的發(fā)射器部分為通信DAC制造商提供了便利。制造商需要在更高的輸出頻率下提供更高的分辨率和更快的更新速率，同時在寬帶寬上降低噪聲和雜散輻射。

由于這些要求，GSM/EDGE系統(tǒng)設(shè)計人員認(rèn)為通信DAC只有在能夠滿足四個主要噪聲和失真類別的關(guān)鍵規(guī)格時才具有吸引力。它們是：無雜散動態(tài)范圍 （SFDR）、信噪比 （SNR）、互調(diào)失真 （IMD） 和多音功率比 （MTPR）。所有四個參數(shù)對于確保Tx系統(tǒng)滿足所需的雜散和IMD目標(biāo)至關(guān)重要。

GSM/EDGE 的 DAC 動態(tài)性能要求

為了指定基站的噪聲和雜散發(fā)射，使用所謂的GSM/EDGE Tx模板來識別這些參數(shù)的DAC要求。該模板表明噪聲和雜散發(fā)射的允許水平取決于發(fā)射載波頻率的偏移頻率。GSM/EDGE模板及其規(guī)格基于單個有源載波，發(fā)射器中的任何其他載波都被禁用。圖 1 中顯示的規(guī)格支持每個載波 20W 或更高的輸出功率水平。較低的輸出功率水平將產(chǎn)生不太嚴(yán)格的發(fā)射要求。

圖1.Tx模板有助于識別DAC的噪聲和失真限值，DAC用于基于GSM/EDGE的基站收發(fā)器系統(tǒng)的傳輸路徑。

無雜散動態(tài)范圍 （SFDR）

GSM/EDGE系統(tǒng)要求模擬信號合成電路模塊（DAC）在失調(diào)頻率≥80MHz時具有小于-6dBc的雜散發(fā)射電平。DAC的雜散產(chǎn)物可以與來自其他電路元件的隨機(jī)噪聲和雜散產(chǎn)物相結(jié)合。因此，DAC的雜散產(chǎn)物應(yīng)再后退6dB（最小值），以允許這些其他源。

載波的數(shù)量及其相對于DAC滿量程的信號電平也起著重要作用。與滿量程正弦波不同，多音信號的固有性質(zhì)（其中信號的頻譜能量分布在定義的帶寬上）包含更高的峰均方根比，如果信號電平?jīng)]有適當(dāng)?shù)亟档?，則增加了潛在削波的可能性。如果發(fā)射機(jī)使用四個帶內(nèi)載波工作，則每個載波必須在滿量程以下>12dB下工作，而八個載波需要低于滿量程>18dB的幅度以防止波形削波。

示例：對于所采用的4-PSK（相移鍵控）調(diào)制，基于EDGE的調(diào)制的峰均方根比為8dB。這要求載波幅度再回退4dB。-6dB的額外裕量用于補(bǔ)償其他電路元件。對于每個指定帶寬具有四個/八個載波的系統(tǒng)，每個載波必須滿足-18dBFS/-24dBFS或更低的幅度規(guī)格。

信噪比 （SNR）

基于 GSM/EDGE 的系統(tǒng) SNR 要求同樣可以從 GSM/EDGE Tx 掩碼導(dǎo)出（圖 1）。在頻率偏移為≥80MHz時，最差情況下噪聲水平為-6dBc，假設(shè)測量帶寬為100kHz，則每赫茲的最小噪聲密度計算如下：

信噪比 = --80dB - 10 × log10(100 × 103Hz)
信噪比 =-130dB/Hz

由于隨機(jī)DAC噪聲會增加雜散音和其他電路元件的隨機(jī)噪聲，因此建議將規(guī)格限值降低約10dB，以允許這些額外的噪聲貢獻(xiàn)，同時保持符合GSM/EDGE模板值。

互調(diào)失真 （IMD） 和多音功率比 （MTPR）

為多載波GSM/EDGE系統(tǒng)的Tx路徑選擇DAC的其他關(guān)鍵因素是轉(zhuǎn)換器能夠提供卓越的IMD和MTPR性能。指定頻段中的多個載波將在各個載波頻率之間產(chǎn)生不需要的互調(diào)失真。多音測試矢量通常由幾個等間距的載波組成，通常為四個，振幅相同。這些載波中的每一個都代表定義的目標(biāo)帶寬內(nèi)的信道。為了驗證MTPR，需要去除一個或多個音調(diào)，以便評估DAC的互調(diào)失真性能。與DAC相關(guān)的非線性會產(chǎn)生雜散音，其中一些可能會回落到去除的音調(diào)區(qū)域，從而限制通道的載噪比。落在目標(biāo)頻帶之外的其他雜散元件也可能很重要，具體取決于系統(tǒng)的頻譜模板和濾波要求?；氐紾SM / EDGE Tx掩碼，相鄰運(yùn)營商的IMD規(guī)范在不同的GSM標(biāo)準(zhǔn)之間有所不同。對于 PCS1800 和 GSM850 標(biāo)準(zhǔn)，DAC 必須滿足 -70dBc 的平均 IMD。

下表總結(jié)了基于四載波GSM/EDGE的系統(tǒng)中整個Tx信號鏈的動態(tài)性能要求，并將先前建立的轉(zhuǎn)換器要求與新一代高動態(tài)性能DAC進(jìn)行了比較。

14位、260Msps MAX5195是首款DAC，完全兼容4載波GSM/EDGE信號生成。它提供出色的動態(tài)性能，并滿足所有GSM/EDGE頻譜模板要求。

四音MTPR圖（圖2）展示了DAC出色的動態(tài)性能。中心頻率（f中心= 48.9583MHz）已被移除，以允許檢測和分析從相鄰?fù)ǖ阑芈涞皆摽拯c(diǎn)的互調(diào)或雜散分量。在25MHz帶寬上觀察到四個載波，并且在1MHz處等距。根據(jù)GSM/EDGE頻譜模板，輸出幅度已回退-18dBFS。在這些條件下，DAC產(chǎn)生-77dBc的IMD和-78dBc的MTPR。

圖2.該頻譜圖描繪了MAX5195在fCENTER = 48.9583MHz和fCLK = 260MHz時的四音MTPR性能，符合最關(guān)鍵的GSM/EDGE規(guī)范。

結(jié)論

從系統(tǒng)角度來看，DAC能夠在多音條件下保持高動態(tài)性能，從而簡化了發(fā)射器路徑設(shè)計。傳統(tǒng)上，基站系統(tǒng)將在每個發(fā)射通道使用一個轉(zhuǎn)換器。然而，現(xiàn)在具有足夠高多音性能的DAC將有助于簡化發(fā)送器架構(gòu)，并通過減少此類系統(tǒng)所需的DAC數(shù)量來減少電路板空間和成本。

審核編輯：郭婷