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浅谈模拟数字转换过程中的具体范例
发布时间:2017-08-10 点击: 发布:
浅谈模拟数字转换过程中的具体范例
 
[摘 要]:为了能够接收更大的信号就需要更转换频率和更高转换精度的模拟数字转换器。有线电视对模拟数字转换器性能指标提出了很高的要求。模拟数字转换器性能指标主要有最高采样率,工作频率,信噪比以及其他非线性指标等。深入理解模拟数字转化器的性能指标,系统设计过程中,本文选用了ADI公司的AD6644/AD9446模拟数字转换器,并根据这个对模拟数字转换过程中的一些具体范例进行了分析论证。   
[关键词]:模拟数字,数字转换,电视
 
一、引言
有线电视对模拟数字转换器性能指标提出了很高的要求。模拟数字转换器性能指标主要有最高采样率,工作频率,信噪比以及其他非线性指标等。深入理解模拟数字转化器的性能指标,对于有线电视传输有至关重要的作用。
 
二、模拟数字转换器的性能指标
(一)最高采样频率
最高采样频率即模拟数字转换器能够保证其性能指标在规定范围内的最高转换频率。采样频率的高低对于系统性能起着重要的影响,同时在一定转换精度的条件限制下,可得器件的最高转换频率往往能够决定系统的体系结构。
最高采样率的提高既然能够对系统的体系结构产生重要的影响。因此,在进行有线电视传输设计的时候,就需要充分考虑由于未来模拟数字转换器性能的提高,有线电视传输设计的合理性是否受到挑战。有线电视传输体系结构时候能够满足高采样率带来的需要。
(二)模拟通道带宽
模拟数字转换器的采样保持器有接通和截止之间的孔径时间,孔径时间产生不确定误差,信号变化越快,这种量化幅度上不确定误差越大。在模拟数字转换器的工作频率范围内,要求不确定误差小于量化误差。VX13570有线电视中频为21 .4MHz,带宽取为15M,要求AD的工作频率在30MHz以上。AD6644能够提供250MHz的模拟通道带宽。保证了在模拟通道上的信号精度。
(三)信噪比和有效位
模拟数字转换器引入的噪声有量化噪声、孔径噪声、随机噪声和非线性引起的噪声。如果仅考虑量化噪声,可根据模拟数字转换器位数确定理论信噪比,其定义为输入满幅值单频正弦信号时,信号功率与量化噪声功率之比。理论信噪比与位数之间的关系为:
      SNRdB=6 .02n+1 .763+10log(fs/2B)
量化噪声具有类似有线电视高斯白噪声的性质,噪声功率平均分布在}"带宽上。如果采用过采样,在模拟数字转换以后变换后采用数字滤波器滤除ZB以外的噪声,则可以提高SNR,因此上式中最后一项称为处理增益。
其他类型噪声使得系统实际信噪比小于理论信噪比,实际信噪比通过实验测定。输入为满幅正弦信号时,信号功率与测得的模拟数字转换器输出噪声、信号谐波功率比称为信噪失真比(SIIVAD)。根据SINAD可以采用推算回模拟数字转换器的有效位数(ENOB)。ENOB提供了转换器的实际性能,选择模拟数字转化器时应以此为标准。ENOB与SINAD的关系式为:
ENOB=(SINAD-1 .76)/6 .02
(四)分辨率
模拟信号被量化时,它是以有限的离散电压电平表示的,分辨率是用来表示信号的离散电平个数。为了更精确地恢复模拟信号,必须提高分辨率。分辨率通常定义为位数,利用更高的分辨率的转换器进行转换可以降低量化噪声。
(五)非线性指标
指由于器件的非线性产生的差分线性误差、积分线性误差、互调失真和谐波失真,一般都以dBFS为单位。在软件无线电应用中,非线性性能的要求较高。这主要是应为非线性是产生信号互调的根源,其对于系统的选择性能有较大的影响,特别是对于监测接收机系统。良好的非线性指标对于系统的选择性能至关重要。描述非线性的指标主要有IP3和谐波失真。
(六)谐波失真
是另一个表示非线性失真的规范。它定义了在基频的整数倍频率产生的失真产物。例如,二次谐波失真-60dBc的意思是在二倍基波频率的失真输出幅度比基波低60dB。是低于基波的dB数(dBc的传统意义是低于载波的dB数)。谐波失真规范在有线电视应用中是十分重要的,但是在手机这类窄带应用中的重要性并不大,因为失真产物之间的频率差别比较大从而可以被容易地滤除。
(七)无杂散动态范围(SFDR)
 SFDR在谱密度上定义,指在输入单频正弦信号时,对输出作谱分析,在第一Nykuist频率区上信号和器件产生的杂散噪声和失真谱线最大值之比。SFDR反映了转换器输入端存在大信号时能检测出有用小信号的能力。
 
三、模拟数字转换过程中的一些具体范例
(一)AD6644/514位65/80MSPS高性能ADC
AD6644是一款5v、高速、高性能的模数转换器(ADC),具有一个全差分有线电视采样/保持(T/H)电路和14位转换器核。AD6644优化于对ADC动态性能要求很高的多信道、多模式接收机。
AD6644改善了双音特性,对15MHz和15.5MHz频率的输入信号具有100dBFS的无杂散动态范围(SFDR)。出色的73dB信噪比(SNR)以及65Msps的采样率使其非常适合高性能数字接收机。
AD6644工作于5V模拟电源和3.3V数字电源,具有2.2Vp-p。满量程输入范围,采样率高达65Msps。输入T/H电路的-ldB满功率带宽为260MHz。
 
 
图1 AD6644结构框图[1]
从图中可以看出AD6644采用了子区式模拟数字转换器的结构,并且内部集成了采样保持电路。由于子区式转换器的自身的结构原因,其数据输出端输出的转换结果并非当前或是前一个采样时刻的结果而是4个采样点以前的结果。
(二)AD944616位MOPS高性能ADC
AD9446是ADI公司也是当今业界集成16位模拟数字转换器中性能最强的产品。其产品定位在在多载体多模式蜂窝接收器蜂窝,天线阵列定位,功率放大器线性化,有线电视设备,雷达和红外成像设备,医疗成像设备和通信基础设备。在本系统中将其应用在频谱监测接受上是很合适的。
AD9446是一款5V,高速、高性能的模数转换器(ADC),具有一个全差分有线电视采样/保持(T/H)电路和16位转换器核。AD9446优化于对ADC动态性能要求很高的多信道、多模式接收机。
在输入信号频率为30MHZ和31MHz时,AD9446的双音无杂散动态范围(two-toneSDFR)达到了WOO。可靠的l00Msps的采样率使其非常适合高性能数字接收机。
AD9446工作于5V模拟电源和3.3V数字电源,具有3.2Vp-p满量程输入范围。输入模拟通道的带宽为540MHz。
 
 
图2为AD9446的机构框图[2]
另外由于采样频率的提高,转换器输出数字信号的完整性问题越来越严重,为此AD9446提供了LVDS数字输出。低电压差分数字信号的使用改善了数字信号的完整性,降低了转换器数字输出到FPGA输入端的信号完整性设计压力。
 
参考文献:
1用89S51单片机实现模拟信号和数字信号的转换 孙良晖 中国新技术新产品 2009/13
2 BOSS系统在模拟电视数字化转换进程中的推广 展翔 经营管理者 2009/09

3 基于时间信号的模拟——数字转换 周选昌 电路与系统学报 20



[1]模拟/数字转换技术及其发展趋势 王晶 微电子学 2005/03
[2]模拟/数字转换技术及其发展趋势 王晶 微电子学 2005/03

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