ADC、DAC选型与匹配电路设计课件

ADC、DAC选型与匹配电路设计ADC、DAC选型与匹配电路设计目录DAC评估环境DAC选型关键指标AQM匹配设计DAC使用外部高频时钟的优点DAC与IQ调制器配合校准本振泄露与镜像IQ调制器最大输出功率、噪声系数与ACPR计算DAC与IQ调制器之间的低通滤波器设计ADC评估环境ADC等效噪声系数计算ADC采样时钟的要求与中频的选择时钟抖动对ADCSNR的影响相噪与时钟抖动的转换ADC前端驱动电路设计ADC满量程均值功率计算ADCSFDR、SNR、IM3要求测试灵敏度时通道最小增益要求测试阻塞信号时通道最大增益要求目录DAC评估环境DAC评估环境DAC评估环境DAC关键指标DAC关键指标DAC关键指标底噪与SFDR分析：底噪

以WCDMA为例，3GPP协议对系统带外杂散的要求是-30dBm/1MHz。IQ调制器的输出为-15dBm，功放输出为46dBm（40W），那么整个下行系统的增益为46-(-15)=61dB。

为了满足协议的要求那么DAC的底噪水平要低于-30–61-10lg(1M)=-151dBM/Hz。SFDRAD9148SFDR为65。IQ调制器的输出为-15dBm，下行总增益为61dB，那么杂散水平=-15+61–65=-19dBm/3.84M=-24.84dBm/1MHz，需要介质滤波器或腔体滤波器提供6dB的带外抑制。DAC关键指标底噪与SFDR分析：DAC关键指标ACLR与IMD3分析：ACLR在PLLOFF的状态下AD9148的ACLR为-79。4载波则是-73。

带外杂散的要求是-30dBm/1MHz=-24.16dBm/3.84MHz。对应于46dBm的功放输出则是ACLR=70.16dBc/3.84MHz。因此要求ACLR大于70。IMDAD9148的IMD为76，对应于单载波的ACLR则是-(76+3)=-79，与数据手册给出的相符。

在DAC底噪不受限制时，IMD值可以简单的估算为是单载波-（ACLR+3）。DAC关键指标ACLR与IMD3分析：DAC使用外部高频时钟的优点1.DAC输出信号的量化噪声更低DAC输出信号的噪底=DAC本身的噪声+采样时钟的远端相噪-10lg(外部高频时钟频率/DAC输出信号频率）2.DAC输出信号相对采样时钟的镜像更远镜像频率=外部高频时钟频率-DAC输出信号频率DAC输出SINC函数对镜像的衰减更大DAC使用外部高频时钟的优点1.DAC输出信号的量化噪声更低DAC与IQ调制器配合校准本振泄露与镜像1.DAC通过调整I路与Q路直流偏置（DCOFFSET）的方式来抑制本振泄露。此方法目前有很大的局限性，当本振频率变更或温度变化较大时，抑制度会明显恶化。2.DAC通过调整相位与I、Q两路幅度的方式来抑制镜像。此方法很稳定，抑制度不会随着本振频率的变更或温度的变化而明显恶化。DAC与IQ调制器配合校准本振泄露与镜像1.DAC通过调整IAQM匹配SetupR1[ohm]39R2[ohm]340R3[ohm]1200R4[ohm]576IFS[mA]20V2[V]5.00V1[V]0.00DACDACR36.51DAC

CommonVoltage0.50MODDACSwing

(Single)0.73Modulator

commonvoltage1.50

ModInputSwing

[Single]0.30

LossbyR2

[Db]-7.83AQM匹配SetupR1[ohm]39R2[ohm]340RAQM匹配1.R4=2*[(R1+R2)||R3]2.DACR={[(0.5*R4)||R3]+R2}||R13.VDAC=V2*R1/(R1+R2+R3)+0.5*IFS*[R1||(R2+R3)]4.DACSwing=IFS*DACR5.VMod=V2*(R1+R2)/(R1+R2+R3)+0.5*IFS*R1*R3/(R1+R2+R3)

6.ModInputSwing=(DACSwing)*[R3||(0.5*R4)]/[R2+R3||(0.5*R4)]7.LOSS=20lg(DACSwing/ModInputSwing)AQM匹配1.R4=2*[(R1+R2)||R3]IQ调制器最大输出功率、噪声系数与ACPR计算1.IQ调制器输入信号Vpp=1V,电压增益=-3dB,输出阻抗=50欧姆Pout=10lg[(0.5*1*0.5)^2*1000/50/2]=-0.2dBm2.IQ调制器芯片底噪为-159dBm/Hz，热噪声=-174dBm/HzNF=-159-(-174)=153.IQ调制器OIP3=Pout+0.5*IMD=25dBm，输出信号功率=-15dBm最大非线性产物=-15-2*（15+25）=-95dBm4.DAC输出信号的总底噪=-159dBm/Hz,WCDMA单载波带宽=3.84MIQ调制器输出信号总底噪=-159+(-159)+10lg3.84M=-90dBm/3.84M5.IQ调制器输出信号的ACPR=[(-95)-(-90)]-(-15)=-73.8dBm/3.84MIQ调制器最大输出功率、噪声系数与ACPR计算1.IQ调制器AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计ADC评估环境ADC评估环境ADC评估环境ADC评估环境ADC等效噪声系数计算RXADCNFanalysisLOGorFADCSNRFS78FSPOWER4ADCSNR74SNRBW20000000ADCNOSE@1Hz-147.01KTB-174ADCNF26.9897ADC的噪声密度-78+4–10lg20M=-147dBm/HzADC的噪声系数-147-（-174）=27ADC等效噪声系数计算RXADCNFanalysisLADC采样时钟的要求与中频的选择1.反馈通道采样时钟必须满足DPD算法所需的带宽。20MLTE信号，DPD算法需5阶互调产物，那么采样时钟Fs≥20M*5*2=200MHz2.带通采样中频IF=Fs*(2n+1)/4ADC采样时钟的要求与中频的选择1.反馈通道采样时钟必须满足时钟抖动对ADCSNR的影响1.ADC孔径不确定性=200FS，采样时钟抖动=400FS总时钟抖动=sqrt(200^2+400^2)=447FS2.ADC的输入信号频率=140MHzSNRmax=-20lg[2*π*140M*447FS]=68时钟抖动对ADCSNR的影响1.ADC孔径不确定性=相噪与时钟抖动的转换相噪与时钟抖动的转换ADC前端匹配电路ADC前端匹配电路ADC满量程均值功率计算匹配电阻为200欧姆，输入信号Vpp=2V。PFs=10lg[(2/2)^2/200/2*1000]=+4dBm匹配电阻为50欧姆，输入信号Vpp=2V。PFs=10lg[(2/2)^2/50/2*1000]=+10dBmADC满量程均值功率计算匹配电阻为200欧姆，输入信号VppADCSFDR要求WCDMA带内最大阻塞信号是-40dBm@3.84Mhz，有用信号为-115dBm，处理增益=25dB，解调门限=6，热噪声=-1741.3.84M热噪声=-174+10lg3.84M=-108.1dBm/3.84MHz2.最大可接受噪声=-115+25-6=-96dBm/3.84MHz3.除去热噪声后可接受的干扰信号=-96-(-108.1)=-96.3dBm/3.84MHz4.SFDRin=-40-（-96.3）=56.3dBc5.SFDRex=-15-（-96.3）=81.3dBcADCSFDR要求WCDMA带内最大阻塞信号是-40dBmADCSNR要求输入信号的底噪需要比ADC底噪大10dB，WCDMA带内最大阻塞信号是-40dBm@3.84Mhz，灵敏度要求=-121dBm，处理增益=25dB，解调门限=6。1.最大可接受噪声=-121+25-6=-102dBm/3.84MHz2.动态范围=-40-（-102）=62dB3.PAR=7dB，通道不平坦度3dB,ADC底噪需比输入信号噪声低10dBSNRFS≥62+7+3+10=82dBFS/3.84MHz4.ADC采样速率=184.32MHz,奈奎斯特域内的SNRFS=68SNRFS=68+10lg(184.32/2/3.84)=82dBFS/3.84MHz5.ADCSNRBOOST或NSR带宽=40M，带宽内SNRFS=76SNRFS=76+10lg（40/3.84）=86dBFS/3.84MHzADCSNR要求输入信号的底噪需要比ADC底噪大10dB，ADCIM3要求双音互调-47dBm，在互调测试时接收机系统噪声系数NF=5。1.3.84M热噪声=-174+10lg3.84M+5=-103.1dBm/3.84MHz2.最大可接受噪声=-115+25-6=-96dBm/3.84MHz3.除去热噪声后可接受的干扰信号=-96-(-103.1)=-97dBm/3.84MHz分配到每音调-97-3=-100dBm/3.84MHz4.ADC的满量程功率=+4dBm，RRU上行通道增益调整后为40dB。ADC底噪=-100+40=-60dBm进入ADC的互调信号功率=-47+40=-7dBm=-11dBmFS5.IM3FS=4-(-60)=64dBFSIM3=-7-(-60)=53dBADCIM3要求双音互调-47dBm，在互调测试时接收机测试灵敏度时通道最小增益要求WCDMA灵敏度要求=-121dBm，处理增益=25dB，解调门限=6。1.最大可接受噪声=-121+25-6=-102dBm/3.84MHz2.ADCSNRFS=68，采样速率=184.32MHz，满量程功率=+4dBmADC底噪=-(68-4)-10lg(184.32/2/3.84)=-77.8dBm/3.84MHz3.考虑到ADC底噪需比输入信号噪声低10dB与通道不平坦度3dB上行通道总增益≥-77.8+10+3-(-102)=37.2dB测试灵敏度时通道最小增益要求WCDMA灵敏度要求=-121测试阻塞信号时通道最大增益要求WCDMA带内最大阻塞信号是-40dBm@3.84Mhz,ADC满量程均值功率=+4dBmFS，信号PAR=7dB，通道不平坦度3dB上行通道总增益≤4-7-3-（-40）=34dB测试阻塞信号时通道最大增益要求WCDMA带内最大阻塞信号是-附件附件ThankyouforlisteningThankyouforlisteningADC、DAC选型与匹配电路设计ADC、DAC选型与匹配电路设计目录DAC评估环境DAC选型关键指标AQM匹配设计DAC使用外部高频时钟的优点DAC与IQ调制器配合校准本振泄露与镜像IQ调制器最大输出功率、噪声系数与ACPR计算DAC与IQ调制器之间的低通滤波器设计ADC评估环境ADC等效噪声系数计算ADC采样时钟的要求与中频的选择时钟抖动对ADCSNR的影响相噪与时钟抖动的转换ADC前端驱动电路设计ADC满量程均值功率计算ADCSFDR、SNR、IM3要求测试灵敏度时通道最小增益要求测试阻塞信号时通道最大增益要求目录DAC评估环境DAC评估环境DAC评估环境DAC关键指标DAC关键指标DAC关键指标底噪与SFDR分析：底噪

以WCDMA为例，3GPP协议对系统带外杂散的要求是-30dBm/1MHz。IQ调制器的输出为-15dBm，功放输出为46dBm（40W），那么整个下行系统的增益为46-(-15)=61dB。

为了满足协议的要求那么DAC的底噪水平要低于-30–61-10lg(1M)=-151dBM/Hz。SFDRAD9148SFDR为65。IQ调制器的输出为-15dBm，下行总增益为61dB，那么杂散水平=-15+61–65=-19dBm/3.84M=-24.84dBm/1MHz，需要介质滤波器或腔体滤波器提供6dB的带外抑制。DAC关键指标底噪与SFDR分析：DAC关键指标ACLR与IMD3分析：ACLR在PLLOFF的状态下AD9148的ACLR为-79。4载波则是-73。

带外杂散的要求是-30dBm/1MHz=-24.16dBm/3.84MHz。对应于46dBm的功放输出则是ACLR=70.16dBc/3.84MHz。因此要求ACLR大于70。IMDAD9148的IMD为76，对应于单载波的ACLR则是-(76+3)=-79，与数据手册给出的相符。

在DAC底噪不受限制时，IMD值可以简单的估算为是单载波-（ACLR+3）。DAC关键指标ACLR与IMD3分析：DAC使用外部高频时钟的优点1.DAC输出信号的量化噪声更低DAC输出信号的噪底=DAC本身的噪声+采样时钟的远端相噪-10lg(外部高频时钟频率/DAC输出信号频率）2.DAC输出信号相对采样时钟的镜像更远镜像频率=外部高频时钟频率-DAC输出信号频率DAC输出SINC函数对镜像的衰减更大DAC使用外部高频时钟的优点1.DAC输出信号的量化噪声更低DAC与IQ调制器配合校准本振泄露与镜像1.DAC通过调整I路与Q路直流偏置（DCOFFSET）的方式来抑制本振泄露。此方法目前有很大的局限性，当本振频率变更或温度变化较大时，抑制度会明显恶化。2.DAC通过调整相位与I、Q两路幅度的方式来抑制镜像。此方法很稳定，抑制度不会随着本振频率的变更或温度的变化而明显恶化。DAC与IQ调制器配合校准本振泄露与镜像1.DAC通过调整IAQM匹配SetupR1[ohm]39R2[ohm]340R3[ohm]1200R4[ohm]576IFS[mA]20V2[V]5.00V1[V]0.00DACDACR36.51DAC

CommonVoltage0.50MODDACSwing

(Single)0.73Modulator

commonvoltage1.50

ModInputSwing

[Single]0.30

LossbyR2

[Db]-7.83AQM匹配SetupR1[ohm]39R2[ohm]340RAQM匹配1.R4=2*[(R1+R2)||R3]2.DACR={[(0.5*R4)||R3]+R2}||R13.VDAC=V2*R1/(R1+R2+R3)+0.5*IFS*[R1||(R2+R3)]4.DACSwing=IFS*DACR5.VMod=V2*(R1+R2)/(R1+R2+R3)+0.5*IFS*R1*R3/(R1+R2+R3)

6.ModInputSwing=(DACSwing)*[R3||(0.5*R4)]/[R2+R3||(0.5*R4)]7.LOSS=20lg(DACSwing/ModInputSwing)AQM匹配1.R4=2*[(R1+R2)||R3]IQ调制器最大输出功率、噪声系数与ACPR计算1.IQ调制器输入信号Vpp=1V,电压增益=-3dB,输出阻抗=50欧姆Pout=10lg[(0.5*1*0.5)^2*1000/50/2]=-0.2dBm2.IQ调制器芯片底噪为-159dBm/Hz，热噪声=-174dBm/HzNF=-159-(-174)=153.IQ调制器OIP3=Pout+0.5*IMD=25dBm，输出信号功率=-15dBm最大非线性产物=-15-2*（15+25）=-95dBm4.DAC输出信号的总底噪=-159dBm/Hz,WCDMA单载波带宽=3.84MIQ调制器输出信号总底噪=-159+(-159)+10lg3.84M=-90dBm/3.84M5.IQ调制器输出信号的ACPR=[(-95)-(-90)]-(-15)=-73.8dBm/3.84MIQ调制器最大输出功率、噪声系数与ACPR计算1.IQ调制器AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计AQMLC滤波器设计ADC评估环境ADC评估环境ADC评估环境ADC评估环境ADC等效噪声系数计算RXADCNFanalysisLOGorFADCSNRFS78FSPOWER4ADCSNR74SNRBW20000000ADCNOSE@1Hz-147.01KTB-174ADCNF26.9897ADC的噪声密度-78+4–10lg20M=-147dBm/HzADC的噪声系数-147-（-174）=27ADC等效噪声系数计算RXADCNFanalysisLADC采样时钟的要求与中频的选择1.反馈通道采样时钟必须满足DPD算法所需的带宽。20MLTE信号，DPD算法需5阶互调产物，那么采样时钟Fs≥20M*5*2=200MHz2.带通采样中频IF=Fs*(2n+1)/4ADC采样时钟的要求与中频的选择1.反馈通道采样时钟必须满足时钟抖动对ADCSNR的影响1.ADC孔径不确定性=200FS，采样时钟抖动=400FS总时钟抖动=sqrt(200^2+400^2)=447FS2.ADC的输入信号频率=140MHzSNRmax=-20lg[2*π*140M*447FS]=68时钟抖动对ADCSNR的影响1.ADC孔径不确定性=相噪与时钟抖动的转换相噪与时钟抖动的转换ADC前端匹配电路ADC前端匹配电路ADC满量程均值功率计算匹配电阻为200欧姆，输入信号Vpp=2V。PFs=10lg[(2/2)^2/200/2*1000]=+4dBm匹配电阻为50欧姆，输入信号Vpp=2V。PFs=10lg[(2/2)^2/50/2*1000]=+10dBmADC满量程均值功率计算匹配电阻为200欧姆，输入信号VppADCSFDR要求WCDMA带内最大阻塞信号是-40dBm@3.84Mhz，有用信号为-115dBm，处理增益=25dB，解调门限=6，热噪声=-1741.3.84M热噪声=-174+10lg3.84M=-108.1dBm/3.84MHz2.最大可接受噪声=-115+25-6=-96dBm/3.84MHz3.除去热噪声后可接受的干扰信号=-96-(-108.1)=-96.3dBm/3.84MHz4.SFDRin=-40-（-96.3）=56.3dBc5.SFDRex=-15-（-96.3）=81.3dBcADCSFDR要求WCDMA带内最大阻塞信号是-40dBmADCSNR要求输入信号的底噪需要比ADC底噪大10dB，WCDMA带内最大阻塞信号是-40dBm@3.84Mhz，灵敏度要求=-121dBm，处理增益=25dB，解调门限=6。1.最大可接受噪声=-121+25-6=-102dBm/3.84MHz2.动态范围=-40-（-102）=62dB3.PAR=7dB，通道不平坦度3dB,ADC底噪需比输入信号噪声低10dBSNRFS≥62+7+3+10=82dBFS/3.84MHz4.ADC采样速率=184.32MHz,奈奎斯特域内的SNRFS=68SNRFS=68+10lg(184.32/2/3.84)=82dBFS/3.84MHz5.ADCSNRBOOST或NSR带宽=40M，带宽