ADC數(shù)字下變頻器：抽取濾波器和ADC混疊，第2部分

在第一部分中，我們開(kāi)始研究當(dāng)復(fù)數(shù)到實(shí)際轉(zhuǎn)換使能且輸出數(shù)據(jù)僅為實(shí)數(shù)時(shí)DDC中的抽取濾波?，F(xiàn)在我們將看看當(dāng)我們將DDC置于復(fù)雜模式并且輸出數(shù)據(jù)很復(fù)雜（I和Q）時(shí)會(huì)發(fā)生什么。

我們將繼續(xù)以AD9680為例，就像在第1部分中所做的那樣。與DDC的實(shí)際模式操作類(lèi)似，無(wú)論速度等級(jí)如何，歸一化抽取濾波器響應(yīng)都是相同的。我想再次提到，對(duì)于此處包含的示例濾波器響應(yīng)圖，沒(méi)有準(zhǔn)確給出具體的插入損耗與頻率的關(guān)系，而是形象地顯示以說(shuō)明濾波器的近似響應(yīng)。這有助于全面了解濾波器響應(yīng)如何受到ADC混疊的影響。

讓我們?cè)俅慰匆幌翧D9680中的DDC模塊，它由一個(gè)NCO、最多四個(gè)級(jí)聯(lián)半帶（HB）濾波器（我們也稱(chēng)之為抽取濾波器）、一個(gè)可選的6 dB增益模塊和一個(gè)選項(xiàng)復(fù)數(shù)到實(shí)際轉(zhuǎn)換模塊組成，如下圖所示?；叵胍幌?，AD9680具有四個(gè)這樣的DDC模塊。對(duì)于此處提供的示例，將繞過(guò)（禁用）復(fù)雜到實(shí)際的轉(zhuǎn)換塊?；仡櫼幌?，來(lái)自ADC的信號(hào)首先通過(guò)NCO，NCO在頻率上移動(dòng)輸入音，然后通過(guò)抽取濾波器，可選擇通過(guò)增益模塊，如果啟用，則通過(guò)復(fù)數(shù)到實(shí)數(shù)轉(zhuǎn)換（同樣，本博客中的示例將繞過(guò)該模塊）。

AD9680中的DDC信號(hào)處理模塊

當(dāng)DDC處于復(fù)數(shù)模式時(shí)，它被配置為具有復(fù)數(shù)輸出，該輸出由實(shí)頻域和復(fù)頻域組成，通常稱(chēng)為I和Q.回顧第1部分HB1濾波器的低通響應(yīng)（如下圖所示）。HB1濾波器的通帶為實(shí)際奈奎斯特區(qū)的38.5%。它還有一個(gè)阻帶，是真實(shí)奈奎斯特區(qū)的38.5%，過(guò)渡帶占剩余的23%。同樣，在復(fù)域中，通帶和阻帶各占復(fù)奈奎斯特區(qū)的38.5%（總計(jì)77%），過(guò)渡帶占剩余的23%。

HB1 濾波器響應(yīng) – 實(shí)域和復(fù)雜域響應(yīng)

讓我們繼續(xù)查看 HB1 篩選器并查看混疊響應(yīng)。在復(fù)數(shù)輸出模式下操作DDC并啟用HB1濾波器時(shí)，抽取比等于38，輸出采樣速率是輸入采樣時(shí)鐘的一半。濾波器的通帶包括 f 的 5.<>%SI（真實(shí)）數(shù)據(jù)和 2.38% f 的 /5S/2 Q（復(fù)雜）數(shù)據(jù)。藍(lán)色實(shí)線表示實(shí)際濾波器響應(yīng)，藍(lán)色虛線表示濾波器由于ADC的混疊效應(yīng)而產(chǎn)生的有效混疊響應(yīng)。7 f 時(shí)的輸入信號(hào)S/8 將在 f 處混疊到第一個(gè)奈奎斯特區(qū)S/8將其置于HB1濾波器的通帶中。同一信號(hào)的復(fù)雜圖像位于–7 f處S/8并將在復(fù)雜域中別名為 – fS/8將其放置在復(fù)域中HB1濾波器的通帶中。

由于ADC頻率混疊（抽取比= 1）引起的HB2有效濾波器響應(yīng) – 復(fù)數(shù)

現(xiàn)在讓我們看一下啟用 HB1 和 HB2 的情況。這導(dǎo)致每個(gè)I和Q輸出的抽取比為1。同樣，HB2 + HB1濾波器的實(shí)際頻率響應(yīng)由藍(lán)色實(shí)線給出。同時(shí)啟用HB2和HB38濾波器會(huì)導(dǎo)致每個(gè)實(shí)域和復(fù)域中抽取奈奎斯特區(qū)的可用帶寬為5.38%（f的5.<>%S/4其中 fS是輸入采樣時(shí)鐘）。再次注意ADC的混疊效應(yīng)及其對(duì)HB1 + HB2濾波器組合的影響。在 15 f 處出現(xiàn)的信號(hào)S/16 將在 f 處混疊到第一個(gè)奈奎斯特區(qū)S/16.該信號(hào)在–15 f處具有復(fù)雜的圖像S/16在復(fù)域中，并將混疊到復(fù)域中的第一個(gè)奈奎斯特區(qū) – fS/16.

HB1 + HB2 由于 ADC 頻率混疊（抽取比 = 4）而實(shí)現(xiàn)的有效濾波器響應(yīng) – 復(fù)數(shù)

現(xiàn)在，讓我們啟用 HB1、HB2 和 HB3 篩選器，并在復(fù)雜的 DDC 模式下觀察結(jié)果。在這種情況下，抽取率等于 38。這里我們看到可用帶寬為 f 的 5.<>%S/8在每個(gè)復(fù)雜領(lǐng)域和真實(shí)領(lǐng)域。為了簡(jiǎn)單和易于查看，我壓縮了該圖，以便更輕松地顯示整個(gè)濾波器響應(yīng)。與前兩張圖一樣，HB1 + HB2 + HB3濾波器的有效混疊響應(yīng)由藍(lán)色虛線給出，而藍(lán)色實(shí)線表示實(shí)際濾波器響應(yīng)。另請(qǐng)注意，隨著我們使用的抽取濾波器數(shù)量的增加，可用帶寬會(huì)減少。然而，抽取濾波的一個(gè)好處是處理增益在ADC的信噪比（SNR）中看到。除HB1外，每個(gè)啟用抽取濾波器的SNR都會(huì)提高約3 dB（僅HB1將SNR提高約1 dB）。

HB1 + HB2 + HB3 由于 ADC 頻率混疊（抽取比 = 8）而實(shí)現(xiàn)的有效濾波器響應(yīng) – 復(fù)數(shù)

我們將要介紹的最后一個(gè)濾波器組合是HB1 + HB2 + HB3 + HB4，它使能AD9680中的所有抽取濾波器，在復(fù)數(shù)模式下操作DDC時(shí)，抽取比為38。這種情況與前一種情況非常相似，但只是縮放以反映較大的抽取率。在這種情況下，我們的可用帶寬為 f 的 5.<>%S/8每個(gè)真實(shí)域和復(fù)雜域。啟用所有四個(gè)半帶抽取濾波器后，我們從剛剛過(guò)去的f開(kāi)始有大約100 dB的抑制S/16到第一個(gè)奈奎斯特區(qū)的盡頭。再一次，這種響應(yīng)有效地混疊到上奈奎斯特區(qū)。

HB1 + HB2 + HB3 + HB4 由于 ADC 頻率混疊（抽取比 = 16）而實(shí)現(xiàn)的有效濾波器響應(yīng) – 復(fù)數(shù)

上次我們看了以下問(wèn)題：“我們?yōu)槭裁匆x擇？”和“它有什么優(yōu)勢(shì)？”正如我們?cè)诒静┛偷牡谝徊糠种辛私獾降?，不同的?yīng)用有不同的要求，可以從ADC輸出數(shù)據(jù)的抽取中受益。一個(gè)動(dòng)機(jī)是在RF頻段的窄頻帶上獲得信噪比（SNR）。我們研究的另一個(gè)原因是，需要處理的帶寬較少，導(dǎo)致JESD204B接口上的輸出通道速率較低，從而允許使用成本較低的FPGA。通過(guò)使用所有四個(gè)抽取濾波器，DDC可以實(shí)現(xiàn)處理增益，并將SNR提高多達(dá)10 dB。在下面的表1中，我們可以看到可用帶寬、抽取比、輸出采樣率，以及在復(fù)數(shù)模式下操作DDC時(shí)，不同抽取濾波器選擇所提供的理想SNR改進(jìn)。

表1

AD9680的DDC濾波器特性 – 復(fù)數(shù)

現(xiàn)在，我們對(duì)AD9680中DDC的實(shí)際和復(fù)雜工作模式有了很好的了解。我們可以看到抽取濾波的優(yōu)勢(shì)。此外，我們還可以了解DDC的靈活性。DDC可以在實(shí)模式或復(fù)雜模式下工作，并允許用戶(hù)根據(jù)特定應(yīng)用的需要使用不同的接收器拓?fù)洹?/p>

審核編輯：郭婷