圖1. 帶下變頻級的典型接收器模擬信號鏈。

 

將DDC功能集成至RF ADC中便不需要額外的模擬下變頻級， 並允許RF頻率域中的頻譜直接向下變頻至基帶進行處理。RF ADC處理GHz頻率域中頻譜的能力放寬了模擬域中進行多次下變頻的要求。DDC的這種功能使頻譜得以保留
，同時允許通過抽取濾波進行過濾，這樣還能提供改善帶內動態範圍 （增加SNR）的優勢。有關該話題的更詳細討論可參見："祖父時代的ADC已成往事," 以及"千兆采樣ADC確保直接RF變頻." 這些文章進一步討論了 AD9680和 AD9625，以及它們的DDC功能。

 

圖2. 使用RF ADC（集成DDC）的接收器信號鏈。

 

本文主要關注AD9680（以及 AD9690, AD9691 和 AD9684)中的DDC功能。為了理解DDC功能
，並了解當ADC中集成了DDC時如何分析輸出頻譜，我們將以AD9680-500為例。ADI 網站上的折折頻工具將作為輔助工具使用。這款使用簡單但功能強大的工具可用來幫助理解ADC的混疊效應，這是分析集成了DDC的RF ADC（比如AD9680）中輸出頻譜的第一步。

 

本例中
，AD9680-500工作時的輸入時鍾為368.64 MHz，模擬輸入頻率為270 MHz。首先

，理解AD9680中數字處理模塊的設置很重要。AD9680將設為使用數字下變頻器(DDC)
，其輸入為實數
，輸出為複數，數控振蕩器(NCO)調諧頻率設為98 MHz

，半帶濾波器1 (HB1)使能
，6dB增益使能。由於輸出是複數，因此複數轉實數模塊禁用。DDC的基本原理圖如下所示。以下內容對於了解如何處理輸入信號音很重要：信號首先通過NCO
，使輸入信號音的頻率偏移
，然後通過抽取模塊，並可選擇性通過增益模塊，之後再選擇性通過複數轉實數模塊。

 

圖3. AD9680中的DDC信號處理模塊。

 

從宏觀上把握信號流過AD9680也很重要。信號進入模擬輸入
，通過ADC內核
，進入DDC，通過JESD204B串行器，然後通過JESD204B串行輸出通道輸出。可以參見圖4中的AD9680功能框圖。

 

圖4. AD9680功能框圖。

 

輸入采樣時鍾為368.64 MHz
，模擬輸入頻率為270 MHz，因此輸入信號將混疊進入位於98.64 MHz處的第一奈奎斯特區。輸入頻率的二次諧波將混疊進入171.36 MHz處的第一奈奎斯特區，而三次諧波混疊至72.72 MHz。這可以從圖5中折頻工具曲線看出。

 

圖5. 折頻工具中的ADC輸出頻譜。

 

圖5中顯示的折頻工具曲線給出了信號通過AD9680中的DDC 之前，位於ADC內核輸出端的信號狀態。信號通過AD9680中的第一個處理模塊是NCO，它會將頻譜在頻域中向左偏移98 MHz（記住調諧頻率是98 MHz）。這會將模擬輸入從98.64 MHz下移至0.64 MHz，二次諧波將下移至73.36 MHz，而三次諧波將下移至–25.28 MHz（記住我們觀察的是複數輸出）。這可以從Visual Analog的FFT曲線中看出，如下文圖6所示。

 

圖6. 經過DDC後的FFT複數輸出（NCO = 98 MHz，2倍抽取）。

 

從圖6中的FFT曲線中可以清楚地看到NCO如何偏移我們在折頻工具中觀察到的頻率。有意思的是

，我們可以在FFT中看到一個未經表達的信號音。然而，這個信號音真的沒有經過表達嗎？NCO並不偏移所有頻率。本例中，它將98 MHz的基頻輸入信號音混疊向下偏移至0.64 MHz
，並將二次諧波偏移至73.36 MHz
，將三次諧波偏移至–25.28 MHz。此外，還有另一個信號音也發生了偏移，並出現在86.32 MHz。這個信號音的來源是哪裏？它是否由於DDC或ADC的信號處理而產生的？答案是：對，也不對。

 

讓我們更加細致地看一下這個場景。折頻工具不包含ADC的直流失調。該直流失調導致直流（或0 Hz）處存在信號音。折頻工具假設ADC是理想器件，無直流失調。在AD9680的實際輸出中，0Hz處的直流失調信號音向下偏移至–98 MHz。youyufushuhunpinhechouqu，zhiliushitiaoxinhaoyinzhehuishishupinyuzhongdediyinaikuisitequ。duiyuxinhaoyinpianyijinrudiernaikuisitequdefushushuruxinhaoeryan，tajianghuiraohuizhishishupinyuzhongdediyinaikuisitequ。youyushinenglechouqu，bingqiechouqulvdengyu2，我們的抽取奈奎斯特區寬度為92.16 MHz（回憶一下：fs = 368.64 MHz，抽取采樣速率為184.32 MHz，奈奎斯特區為92.16 MHz）。直流失調信號音偏移至–98 MHz，為92.16 MHz奈奎斯特區邊界以外5.84 MHz。當該信號音繞回至第一奈奎斯特區時
，它的失調和實數頻域中的奈奎斯特區邊界相同
，即92.16 MHz – 5.84 MHz = 86.32 MHz。這正是我們在上文FFT曲線中看到的信號音！因此，技術上而言，ADC產生信號（因為它是直流失調），而DDC略微移動它。這時候就需要進行良好的頻率規劃。適當的頻率規劃有助於避免此類情形。

 

現在

，我們討論了一個使用NCO和HB1濾波器的示例
，其抽取率等於2；讓我們在這個示例中再加入一點東西。現在，我們將增加DDC抽取率
，以便觀察頻率折疊效應以及采用較高抽取率和NCO頻率調諧時的轉換情況。

 

本例中，我們觀察采用491.52 MHz輸入時鍾和150.1 MHz模擬輸入頻率的AD9680-500工作情況。AD9680將設為使用數字下變頻器(DDC)，並采用實數輸入
、複數輸出、NCO調諧頻率為155 MHz、半帶濾波器1(HB1)和半帶濾波器2(HB2)使能（總抽取率等於4）、6 dB增益使能。由於輸出是複數，因此複數轉實數模塊禁用。回顧圖3中的DDC基本原理圖，該圖表示信號流過DDC。同樣
，信號首先通過NCO，偏移輸入信號音的頻率，然後通過抽取
、增益模塊
，以及在本例中旁路複數轉實數模塊。

 

我們將再次使用折頻工具 來幫助理解ADC的混疊效應，以便評估模擬輸入頻率和諧波在頻域中的位置。本例中
，我們有個實數信號，采樣速率為491.52 MSPS
，抽取率設為4，輸出複數。在ADC的輸出端，采用折頻工具顯示的信號如圖7所示。

 

圖7. 折頻工具中的ADC輸出頻譜。

 

輸入采樣時鍾為491.52 MHz，模擬輸入頻率為150.1 MHz
，因此輸入信號將殘留在第一奈奎斯特區。位於300.2 MHz的輸入頻率二次諧波將混疊進入191.32 MHz處的第一奈奎斯特區

， 而450.3 MHz處的三次諧波混疊進入41.22 MHz處的第一奈奎斯特區。這是信號通過DDC之前ADC輸出端上的信號狀態。

 

現在，讓我們看一下信號如何通過DDC內部的數字處理模塊。我們將查看進入每一級的信號，並觀察NCO如何偏移信號，而抽取過程隨後又是如何折疊信號的。我們將保持曲線的輸入采樣速率(491.52 MSPS)
，fs項與此采樣速率有關。讓我們觀察一般過程，如圖8所示。NCO將向左偏移輸入信號。一旦複數（負頻率）域中的信號偏移超過–fs/2
，就會折回第一奈奎斯特區。接下來，信號通過第一抽取濾波器HB1，抽取率為2。在圖中顯示了抽取過程，但沒有顯示濾波器響應，雖然這兩個操作是同時發生的。這是為了簡單起見。完成第 一次2倍抽取之後

，fs/4至fs/2的頻譜轉換為–fs/4至DC的頻率。類似地，–fs/2至–fs/4的頻譜轉換為DC至fs/4的頻率。信號現在通過第二抽取濾波器HB2

，它也是2倍抽取（總抽取現在等於 4）。fs/8至fs/4的頻譜將轉換為–fs/8至DC的頻率。類似地，– fs/4至–fs/8的頻譜將轉換為DC至fs/8的頻率。雖然圖中顯示了抽取

，但沒有顯示抽取濾波操作。

 

圖8. 抽取濾波器對ADC輸出頻譜的影響—一般示例。

 

記得上一個示例中，我們討論了491.52 MSPS輸入采樣速率以及150.1 MHz輸入頻率。NCO頻率為155 MHz，抽取率等於4（由於NCO分辨率，實際NCO頻率為154.94 MHz）。因此，輸出采樣速率為122.88 MSPS。由於AD9680配置為複數混頻，我們需要在分析中包含複數頻率域。圖9顯示了頻率轉換非常繁忙

，但如果仔細研究的話可以看到信號流。

 

圖9. 抽取濾波器對ADC輸出頻譜的影響—實際示例。

 

NCO偏移後的頻譜：

 

1.基頻從+150.1 MHz下移至–4.94 MHz。

2.基頻鏡像從–150.1 MHz開始偏移，並繞回至186.48 MHz。

3.二次諧波從191.32 MHz下移至36.38 MHz。

4.三次諧波從+41.22 MHz下移至–113.72 MHz。

 

2倍抽取後的頻譜：

 

1.基頻停留在–4.94 MHz。

2.基頻鏡像向下轉換至–59.28 MHz，並由HB1抽取濾波器衰減。

3.二次諧波停留在36.38 MHz。

4.三次諧波由HB1抽取濾波器大幅衰減。

 

4倍抽取後的頻譜：

 

1.基頻停留在–4.94 MHz。

2.基頻鏡像停留在–59.28 MHz。

3.二次諧波停留在-36.38 MHz。

4.過濾三次諧波，並由HB2抽取濾波器幾乎完全消除。圖9.

 

現在，來看看AD9680-500的實際測量。可以看到基頻位於–4.94 MHz 。基頻鏡像位於–59.28 MHz ，幅度為–67.112 dBFS，意味著鏡像衰減了大約66 dB。二次諧波位於36.38 MHz。注意，VisualAnalog無法正確找到諧波頻率
，因為它不解析NCO頻率和抽取率。

 

圖10. 信號經過DDC後的FFT複數輸出曲線（NCO = 155 MHz，4倍抽取）。

 

如果DDC設為實數輸入和複數輸出，並且NCO頻率為155 MHz（實際是154.94 MHz），那麼從FFT中可以看出AD9680- 500的輸出頻譜
，而抽取率為4。我鼓勵大家了解信號流程圖，理解頻譜是如何偏移和轉換的。我還鼓勵大家詳細了解本文中的示例
，以便理解DDC對於ADC輸出頻譜的影響。我建議打印圖8 並隨時參考，供分析AD9680 、AD9690 、 AD9691和AD9684的輸出頻譜時使用。支持這些產品時
，我遇到了很多人們認為無法解釋的ADC輸出頻譜相關的頻率問題。然而一旦完成了分析，並通過NCOhechouqulvboqifenxilexinhaoliu，zhiqianrenweiwufajieshidepinpuzasanbiankeyizhengmingtamenshijishangshiqueshiyingdangcunzaidexinhao。woxiwang
，tongguoyueduhexuexibenwen

，xiacipengdaojichengDDC的ADC時
，您可以更有準備地處理問題。敬請關注第二部分—我們將從其它方麵繼續討論DDC，以及如何仿真它的行為。我們將討論ADC混疊導致的抽取濾波器響應，將會提供更多示例，並使用Virtual Eval來觀察AD9680中的DDC工作情況及其對ADC輸出頻譜的影響。

 

 

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