如何為系統(tǒng)仿真對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行建模？

本文將推出一系列文章，探討如何為系統(tǒng)仿真的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器建模。

工程師們經(jīng)常想知道。在處理各種設(shè)計(jì)進(jìn)度緊張的項(xiàng)目時(shí)，他們經(jīng)常想知道他們想找到答案但沒(méi)有時(shí)間的問(wèn)題。他們?nèi)匀幌胫馈?/p>

在他的工程工作過(guò)程中，您的作者想知道有關(guān)與RF模擬信號(hào)以及I和Q數(shù)字信號(hào)之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)母鞣N問(wèn)題。最近，他有時(shí)間尋求其中一些問(wèn)題的答案，并在技術(shù)文章中提供了他能夠獲得的任何結(jié)果。前面的一篇文章討論了”I和Q合并和分離應(yīng)該以數(shù)字方式還是模擬方式進(jìn)行？“和另一個(gè)提供”良好通信鏈路性能的要求".

最初文章中的圖1顯示了直接RF數(shù)模轉(zhuǎn)換和直接RF模數(shù)轉(zhuǎn)換的選項(xiàng)。（請(qǐng)注意，數(shù)模轉(zhuǎn)換器{DAC}和模數(shù)轉(zhuǎn)換器{ADC}統(tǒng)稱(chēng)為“數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器”。

圖 1（a）.

調(diào)制器

圖 1（b）.

解調(diào)器

在那篇文章中，您的作者想知道的一件事是：圖1中的DAC和ADC對(duì)良好的通信鏈路性能的質(zhì)量要求是什么？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題似乎沒(méi)有太多出版物。

這讓他想知道，如果他要模擬通信鏈路中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，應(yīng)該如何建模？

對(duì)于誤碼率 （BER） 模擬，將發(fā)現(xiàn)的誤碼數(shù)除以計(jì)算 BER 的總位數(shù)。對(duì)于具有統(tǒng)計(jì)顯著性的結(jié)果，應(yīng)該計(jì)算幾百到一千個(gè)錯(cuò)誤。即使對(duì)于 10-4 的相當(dāng)高的 BER;計(jì)算 500 個(gè)錯(cuò)誤需要 500 萬(wàn)位。為了使仿真在合理的短時(shí)間內(nèi)運(yùn)行，必須找到一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的模型，該模型可以充分捕獲所有相關(guān)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器特性。

本文描述了他找到的信息。將討論分成關(guān)于ADC和DAC的討論是很有用的。版本 .02 中添加的注釋;本文不考慮Σ-Δ型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 的型號(hào)

下面的參考文獻(xiàn) [4] 至 [18] 討論了 ADC 的分析、模型、仿真、測(cè)試和規(guī)格。特別是[13]、[14]、[16]和[17]提出了對(duì)ADC性能的某些方面進(jìn)行建模的模型。作為一名工程師，您的作者想知道是否有可能使用更簡(jiǎn)單、更易于理解的模型。

圖2顯示了5位ADC的量化。有 2 個(gè)5 = 32 級(jí)。由于輸入可以是正輸入，也可以是負(fù)輸入，因此稱(chēng)為雙極性輸入ADC。您的作者想知道的一個(gè)方面是峰值和平均信號(hào)之間相對(duì)于滿(mǎn)量程 （FS） 的 dB 之間的差異。

圖2.

圖2中信號(hào)的峰值電壓在+0.9375伏（FS+）和-1伏（FS-）之間;這是 ±1 伏到一個(gè)很好的近似值。

RF工程師習(xí)慣于處理信號(hào)的均方根值。正弦波的均方根值為0.707伏，相對(duì)于FS為3 dB。由于這在過(guò)去使您的作者感到困惑，他選擇定義單位dBpeakFS（信號(hào)相對(duì)滿(mǎn)量程的電壓峰值dB）和dBrmsFS（信號(hào)相對(duì)于滿(mǎn)量程的均方根值的dB）。

另一個(gè)問(wèn)題涉及有人關(guān)心的ADC輸出帶寬。對(duì)于ADC的早期音頻應(yīng)用，人們通常擔(dān)心完整的奈奎斯特帶寬。

但是，對(duì)于圖1（b）所示的直接RF采樣，僅關(guān)注信號(hào)占用的奈奎斯特頻帶部分，加上少量保護(hù)頻帶。這導(dǎo)致作者定義了“相關(guān)帶寬”，如圖 3 所示。

“感興趣的帶寬”是由數(shù)字信號(hào)處理（DSP）處理的帶寬。它通常是所需的信號(hào)帶寬或更寬一點(diǎn)。

圖3.

請(qǐng)注意，在圖3中，盡管信號(hào)和“相關(guān)”帶寬相同，但兩者的中心頻率卻不同。這可能是由于第一篇文章中描述的帶通采樣，其中ADC時(shí)鐘充當(dāng)混頻器的本振。ADC時(shí)鐘的頻率將表示為fS。奈奎斯特頻率 = F奈奎斯特 = fS/2.

選擇用于實(shí)現(xiàn)模型的輸入信號(hào)

為了表征 ADC 以創(chuàng)建良好的模型，有必要定義有用的輸入信號(hào)。大多數(shù) ADC 規(guī)格都是使用單個(gè)正弦波輸入創(chuàng)建的。然而，由于它的帶寬為 0 Hz 并且沒(méi)有包絡(luò)變化，因此它看起來(lái)不是一個(gè)很好的信號(hào)。如圖 4 所示，2 音輸入具有大于 0 Hz 的帶寬并且具有幅度變化。使用兩個(gè)高質(zhì)量信號(hào)源和正確的功率組合很容易在測(cè)試臺(tái)上生成。此外，大多數(shù)數(shù)據(jù)表都有一些關(guān)于 2 音輸入的設(shè)備性能的信息。

圖 4。

[4] 和 [12] 中還提出了雙音測(cè)試信號(hào)。已提出的其他測(cè)試信號(hào)包括具有任意頻譜形狀的高斯輸入 [17] 和 AM 或 FM 信號(hào) [5]。通常，這些需要不太常見(jiàn)的信號(hào)發(fā)生器，并且通常不會(huì)在數(shù)據(jù)表中顯示為測(cè)試輸入。

在下一篇文章中，我們將討論使用有效位數(shù) (ENOB) 的 ADC 模型。

參考

一般信息

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