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[分享] 用于宽带多音通信的高性能DAC

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发表于 2023-1-30 10:52:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

AD9754、AD9752和AD9750分别是14位、12位和10位宽带、高性能、低功耗CMOS数模转换器,采用+5 V电源供电。它们提供出色的交流和直流性能,同时支持高达 125 MSPS 的更新速率。这三款产品均具有相同的接口选项,28引脚TSSOP或0.3“小外形封装,引脚排列与第一代AD976x系列相同。这允许根据性能、分辨率和成本高度灵活的向上或向下选择路径。


图1 AD9754功能框图


这些DAC是电流输出;它们具有标称 20mA 满量程输出,源阻抗为 100kW,顺从范围为 1.25V。输出为差分,以支持差分或单端应用。这些器件包括一个内部 1.20V 基准电压源和一个控制放大器,可将输出满量程值设置为从 2mA (用于节能)到 20 mA,从而提供 20 dB 的输出灵活性。它们的功耗低至190 mW,在输出标度的2 mA端可降至65 mW,在省电模式下仅为20 mW。它们配备边缘触发锁存器,数字接口兼容 CMOS(+2.7 至 5.5 V)


新兴的无线/有线通信标准(宽带、多载波)要求更低的失真和噪声,以提高系统容量和信号质量。调制解调器/收发器发射链(TxDAC)中的D/A转换器是基本的模拟信号发生器;它定义了通信系统中可用的最终性能。它之后的一切——功率放大器、天线、传输介质和接收器前端——都只会导致数字定义信号的降级,最终结果永远不会比TxDAC最初提供的结果更好。


AD975x系列专为宽带CDMA、软件/多载波基站、无线本地环路RIU、无线LAN、宽带机顶盒和xDSL调制解调器等应用而设计,这些应用利用宽信号带宽通过所需介质传输大量数据。25 MHz频段内的关键规格,如68 dBc SFDR(无杂散动态范围)和-65 dBc THD(总谐波失真),比AD976x系列提高了8至10 dB,同时在-109 dB时集成本底噪声降低了9 dB。


AD975x DAC的工作温度范围为-40至+85°C工业温度范围。 提供评估板。


多音DAC有什么特别之处?

传统上,高速DAC的频域性能是通过分析特定输出频率和更新速率下重建的满量程(即0 dB FS)单音正弦波的频谱输出来表征的。虽然这种表征数据很有用,但通常不足以反映DAC在重建的多音或扩频波形中的性能。事实上,使用最高指定频率(即fH) 的带限波形通常表示 DAC 在该给定波形下的“最坏情况”性能。在时域中,满量程正弦波表示最低峰-均方根波峰因数(即V峰/V有效值),带限信号将遇到。


然而,与简单正弦波相比,多音、扩谱或QAM波形的固有性质(其中波形的频谱能量分布在指定带宽上)将导致更高的峰均方根比。随着重建波形的峰均比增加,越来越多的信号能量集中在DAC的中间电平值附近。图2只是以奈奎斯特带宽的一半为中心的带限多音矢量(即八音)的一个例子(即f时钟/ 4).


图2.多色调频谱图


这种特殊的多音矢量的峰均方根比为13.5 dB,而正弦波的峰均方根比为3 dB。这意味着DAC必须能够处理大部分信息以低电平传输的波形,以便能够处理较大的瞬时峰值而不会削波。如图3所示,该重建的多音矢量在时域中的“快照”揭示了中间电平值周围的密集信号内容。因此,DAC的“小规模”动态和静态线性度对于获得低互调失真和为给定调制方案保持足够的载噪比变得越来越重要。


图3.多音波形的时域“快照”


DAC的小尺寸线性度性能也是增益控制或“预失真”信号调理需要加法动态范围的应用中的重要考虑因素。例如,具有足够动态范围的DAC可用于为其重建信号提供额外的数字控制变化。事实上,只需对DAC的数字输入字执行左移或右移,即可以6 dB的增量控制增益。一种应用可能是故意预失真DAC的输入信号,以补偿与信号链中后续模拟元件相关的非线性。例如,与功率放大器相关的信号压缩可以通过用功率放大器的逆非线性传递函数预失真DAC的数字输入来补偿。由于DAC必须适应较高输出电平下增加的增益,因此应仔细评估DAC在降低信号电平下的性能。


满量程单音将引起DAC中存在的所有动态和静态非线性,从而导致其失真;失真分量将降低其SFDR(无杂散动态范围)。因此,在图4中,随着数字生成的单音波形频率的增加,DAC(此处为AD9754)的动态线性度往往占主导地位,从而有助于SFDR随着频率的增加而大幅降低。


图4.AD9754 SFDR 与f外@ 0 dB 满量程


然而,与绝大多数采用R-2R梯形图进行低位电流分割的DAC不同,AD9754(和其他TxDAC)实际上表现出失真性能的改善,因为单个音调的幅度从满量程电平降低。图5的SFDR图显示了信号电平降低时的失真降低,该图显示了65 MSPS采样速率下0、-6和-12 dB电平下的典型SFDR与频率的关系。在DAC传递函数的整个跨度内保持如此不错的“小尺度”线性度对于保持出色的多音性能至关重要。


图5.AD9754 SFDR 与f外在 65 MSPS


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