直接采样DAC的理论与应用
具有12至14位高分辨率的现代高速数模转换器（dac）为采用直接调制方案的新型发射器设计奠定了基础。在此类设计中，调制后的传输信号直接在基频上生成。到目前为止，这种方法仅用于生成有线电视系统中正交调幅（qam）多载波信号的传输，或雷达设备和军事通信系统采用的微波系统的中频信号。现在，进一步发展使得将这些射频（rf）dac用于其他类型的通信系统成为可能。
如今，分辨率为12至14位的cmos rf dac具有超过4gsps的更新速率。结合采用cmos技术的信号处理组件，它们可以以数字方式生成高达2ghz的传输信号。
图1显示了模拟多载波qam发射路径的典型框图。要生成多个qam传输通道，必须使用加法器将多个单独的传输链组合在一起。此外，每个rf调制器都通过自己的频率合成器供电。由于每个功能块都有自己的元件容差、温度漂移、转换损耗等，因此在系统配置过程中必须通过执行容差计算来考虑这些因素。
图1.模拟多载波qam发射器框图。
图2显示了数字多载波qam发射路径的框图。例如，生成 32 个 qam 通道不需要组合多个传输路径，单个传输路径可以处理这个问题。在这种情况下，传输路径由一个带有下游滤波器的rf dac和一个vga组成。这也消除了在每个发射分支中安装rf调制器或频率合成器的需求。
图2.带rf dac的数字多载波qam发射器框图。
采样理论使得在时域和频域中描述dac的输出信号成为可能。图3显示了dac的输出信号。这里，这是一个矩形脉冲序列，其幅度与相应的数字值相匹配。由于这些矩形脉冲的持续时间是有限的，因此ts> 0 时，这将产生输出频谱。在频域中，该输出频谱用sinx/x函数描述。sinx/x 函数，也称为 sinc 函数，在频率 f 处为零s= 1/ts.
图3.dac输出信号为一系列矩形脉冲。ts= 采样时间。
在频域中，频率为 f 的理想正弦信号0在 f 处有一条谱线0.如果正弦信号现在由dac产生，除了f处的谱线0，在更高的频率下会产生额外的变频产物（见图4）。
图4.在频率范围内描述的正弦信号，以及用dac生成的信号的输出频谱。
这些变频产品可以使用公式1来描述：
|k × fs ± f0| k = 1, 2, 3, …
等式2定义了n阶的“奈奎斯特区”。
[（n - 1） × fs/2， n × fs/2] k = 1， 2， 3， ...
如图4所示，dac输出信号不是由f处的单条谱线组成。0;相反，它还具有更高频率的更多频谱分量。这意味着必须对dac的输出信号进行滤波。除了这些杂散发射之外，还会产生额外的变频产品。例如，这些是由dac的非线性输出特性引起的。
利用在较高奈奎斯特区产生额外频谱分量的事实，以便使用“亚奈奎斯特dac”在高输出频率下产生信号。为此，例如，用带通滤波器滤除信号的第一个谐波。与直接在基频上生成输出信号的dac相比，这里的优势在于基带中的数据速率更低，耗散损耗更小。
max5879 rf dac具有14位分辨率和2.3gsps采样速率，非常适合基站。此外，max5879的输出脉冲响应可以设置为四种不同的工作模式，我们将更仔细地研究（图5）。
图5.max5879 rf dac在a）nrz模式下的脉冲响应;b） rz 模式;c） 射频模式;和 d） 射频模式。
默认脉冲响应为非归零 （nrz） 脉冲响应（图 5a）。采样周期与时间 t 相同s.sinc函数的零位于更新时钟速率f的倍数时钟= 1/ts.当使用此脉冲响应时，dac的频率响应会产生以下功能：
anrz = a0[sin(πfoutts)/(πfoutts)]
f外为dac输出频率，ts= 1/f时钟是dac更新时钟速率，a0是幅度因子。
在归零 （rz） 模式下，dac 输出幅度在 50% 的时间内为零（图 5b）。这会产生以下频率响应：
arz = a0/2[sin(πfoutts/2)/(πfoutts/2)]
第三个可编程脉冲响应是射频（rf）模式。如图5c所示，dac输出信号在时钟周期中途的每个时钟周期内发生反相。dac的频率响应如下所述：
arf = a0[sin(πfoutts/2)/(πfoutts/2) × sin(πfoutts/2)]
第四种新的操作模式是rfz模式，代表“射频归零模式”。其脉冲响应如下：
arfz = a0/2[sin(πfoutts/4)/(πfoutts/4) × sin(πfoutts/4)]
图6给出了max5879在四种工作模式下的频率响应。该图的x轴显示了归一化为输入数据采样率的输出频率。从 0 到 0.5 的范围描绘了第一个奈奎斯特区。nrz 模式在第一奈奎斯特区提供最大的输出信号。相对而言，rz模式在第一和第三奈奎斯特区具有最平坦的频率响应。rf模式的特点是第二和第三奈奎斯特区的最大输出功率。此外，第二奈奎斯特区的频率响应比其他两种工作模式的上升更平坦。在所有工作模式中，rfz模式在所有奈奎斯特区中具有最平坦的脉冲响应。
图6.max5879 rf dac的归一化频率响应适用于四种可能的工作模式。
max5882直接采样dac输出端的更新速率为4.6gsps。这使得使用直接调制来生成频率范围为47mhz至1003mhz的传输信号成为可能。max5882专为有线电视应用而开发，符合数据电缆服务接口规范（docsis）第3版。®
利用数字上变频器 （duc） 简化 dac 控制
到目前为止，要为高速dac提供高数据速率，需要使用具有高额定功率的现场可编程门阵列（fpga）。数据的数字上转换在fpga中完成。这种解决方案的缺点包括高耗散损耗和较高的系统成本。此外，升级系统以获得更高的调制方案只能非常困难。如果改变发射系统的功能分布，以便使用专用芯片实现数字上变频功能，则可以使用额定功率较低的fpga。这反过来又降低了系统成本和耗散损耗。副作用是，这简化了rf dac和fpga之间的接口，因为duc非常适合rf dac。
max5880 qam调制器和duc专为电缆系统应用而开发。此外，它还具有传输信号的数字预失真功能。其接口经过优化，可满足max5879和max5882高速dac的要求。
此后，maxim将max5880和max5882的功能集成到单个封装中，现在提供max5862/max5860高密度qam调制器（集成duc和rf dac），分别支持最大32/128个qam通道。
使用多个dac的应用中的时钟同步
现代通信系统经常组合多个传输路径。这就对同步各个rf dac的时钟提出了特殊要求。使用具有多路复用输入（muxdac）的dac时，还必须考虑这些特殊要求。
同步多个dac需要考虑以下问题：
必须检测上升时钟边沿的相对相位角。
各个dac之间的相对相位角必须改变，直到dac以正确的相位关系相互同步。
max19692 rf dac具有1路多路复用输入。在这里，四个输入信号组合成一个输出信号。因此，输入数据速率是dac更新数据速率的4/2。因此，3.575gsps的更新数据速率导致最大输入数据速率为msps。dac接收数据，可选择可编程，具有数据时钟的上升沿或上升沿和下降沿。借助数字分频器，dac从施加的输入时钟产生时钟信号。当dac导通时，当数字时钟分频器启动时，n分频器可以处于任何状态。当这些dac中的几个组合在单个发射路径上时，每个dac都可以以不同的分频器状态启动n分频器。由于各个dac接受具有不同数据边沿的输入数据，因此每个dac的输出数据与其他dac的输出数据偏移一个或多个时钟周期。重置时钟分频器只是解决此问题的部分方法;还需要检测操作过程中出现的任何错误分频器状态。这是通过测量和校正各种相关系来实现的。
在最简单的情况下，各个数据时钟输出之间的相位误差可以使用xor门来实现。最复杂的解决方案是采用鉴频鉴相器，例如使用锁相环（pll）时已知的鉴频检波器。
在这种情况下，每个dac使用单独的pll。使用pll比较数据输出的相位角和参考频率。来自各种dac的pll具有公共参考频率。这个过程可以实现锁相或相位同步星座。然而，这种配置有两个缺点：额外的模块导致更高的成本，而pll产生的相位噪声会限制系统性能。
max2870/max2871频率合成器保持优异的相位噪声性能，工作频率范围为23.5mhz至6000mhz。这是通过覆盖3000mhz至6000mhz频率范围的集成压控振荡器（vco）和内部分频器（分频因子为1至128）实现的，该分频器将输出分频到所需频率。为了实现如此广泛的范围，该模块中集成了多个vco，开发人员可以自动或手动选择它们。该器件可工作在整数n分频模式和小数n分频模式 由于这些特性，max2870/max2871可用作rf dac的合成器。
结论
rf dac使得使用单个dac产生50mhz至1ghz的宽带传输信号成为可能。由于这一成就，具有直接调制方案的新型发射器设计成为可能。过去，这种方法仅用于生成有线电视系统中正交幅度调制（qam）多载波信号的传输，或雷达设备和军事通信系统采用的微波系统的中频信号。新一代dac也可用于其他通信系统。当信号以数字方式生成时，由模拟干扰引起的元件公差、温度漂移、转换损耗和失真只起很小的作用。此外，对于数字生成的qam信号，还可以基本消除本振（lo馈通）的正交误差和串扰。必须特别注意考虑数字系统可能产生的杂散发射和噪声产物。其他优势包括更小的元件尺寸和更低的功耗，从而实现更高的集成密度。
探讨5G智慧园区的发展现状与未来趋势
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嫦娥五号返航速度高达第二宇宙速度
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如何使用深度学习包在LAMMPS中驱动MD模拟
26000+字！对中国MEMS传感器龙头最全面的研究分析！（全面深入）
组织该采取什么措施来抵御影子物联网的威胁
发力IoT生态圈 中兴通讯与上海电信实现战略合作
氢燃料电池汽车市场已经到了爆发的前夜？
加特兰基于AiP毫米波雷达芯片率先实现3D目标跟踪等功能
如何把握物联网时代新机遇
新能源的大量应用、分布式的规划布局以及智慧能源的多样利用，正从图纸走向现实
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OPPO的A53s计划在其A系列智能手机中添加新机型
冷焊机与氩弧焊机区别
如今，分辨率为12至14位的cmos rf dac具有超过4gsps的更新速率。结合采用cmos技术的信号处理组件，它们可以以数字方式生成高达2ghz的传输信号。
图1显示了模拟多载波qam发射路径的典型框图。要生成多个qam传输通道，必须使用加法器将多个单独的传输链组合在一起。此外，每个rf调制器都通过自己的频率合成器供电。由于每个功能块都有自己的元件容差、温度漂移、转换损耗等，因此在系统配置过程中必须通过执行容差计算来考虑这些因素。
图1.模拟多载波qam发射器框图。
图2显示了数字多载波qam发射路径的框图。例如，生成 32 个 qam 通道不需要组合多个传输路径，单个传输路径可以处理这个问题。在这种情况下，传输路径由一个带有下游滤波器的rf dac和一个vga组成。这也消除了在每个发射分支中安装rf调制器或频率合成器的需求。
图2.带rf dac的数字多载波qam发射器框图。
采样理论使得在时域和频域中描述dac的输出信号成为可能。图3显示了dac的输出信号。这里，这是一个矩形脉冲序列，其幅度与相应的数字值相匹配。由于这些矩形脉冲的持续时间是有限的，因此ts> 0 时，这将产生输出频谱。在频域中，该输出频谱用sinx/x函数描述。sinx/x 函数，也称为 sinc 函数，在频率 f 处为零s= 1/ts.
图3.dac输出信号为一系列矩形脉冲。ts= 采样时间。
在频域中，频率为 f 的理想正弦信号0在 f 处有一条谱线0.如果正弦信号现在由dac产生，除了f处的谱线0，在更高的频率下会产生额外的变频产物（见图4）。
图4.在频率范围内描述的正弦信号，以及用dac生成的信号的输出频谱。
这些变频产品可以使用公式1来描述：
|k × fs ± f0| k = 1, 2, 3, …
等式2定义了n阶的“奈奎斯特区”。
[（n - 1） × fs/2， n × fs/2] k = 1， 2， 3， ...
如图4所示，dac输出信号不是由f处的单条谱线组成。0;相反，它还具有更高频率的更多频谱分量。这意味着必须对dac的输出信号进行滤波。除了这些杂散发射之外，还会产生额外的变频产品。例如，这些是由dac的非线性输出特性引起的。
利用在较高奈奎斯特区产生额外频谱分量的事实，以便使用“亚奈奎斯特dac”在高输出频率下产生信号。为此，例如，用带通滤波器滤除信号的第一个谐波。与直接在基频上生成输出信号的dac相比，这里的优势在于基带中的数据速率更低，耗散损耗更小。
max5879 rf dac具有14位分辨率和2.3gsps采样速率，非常适合基站。此外，max5879的输出脉冲响应可以设置为四种不同的工作模式，我们将更仔细地研究（图5）。
图5.max5879 rf dac在a）nrz模式下的脉冲响应;b） rz 模式;c） 射频模式;和 d） 射频模式。
默认脉冲响应为非归零 （nrz） 脉冲响应（图 5a）。采样周期与时间 t 相同s.sinc函数的零位于更新时钟速率f的倍数时钟= 1/ts.当使用此脉冲响应时，dac的频率响应会产生以下功能：
anrz = a0[sin(πfoutts)/(πfoutts)]
f外为dac输出频率，ts= 1/f时钟是dac更新时钟速率，a0是幅度因子。
在归零 （rz） 模式下，dac 输出幅度在 50% 的时间内为零（图 5b）。这会产生以下频率响应：
arz = a0/2[sin(πfoutts/2)/(πfoutts/2)]
第三个可编程脉冲响应是射频（rf）模式。如图5c所示，dac输出信号在时钟周期中途的每个时钟周期内发生反相。dac的频率响应如下所述：
arf = a0[sin(πfoutts/2)/(πfoutts/2) × sin(πfoutts/2)]
第四种新的操作模式是rfz模式，代表“射频归零模式”。其脉冲响应如下：
arfz = a0/2[sin(πfoutts/4)/(πfoutts/4) × sin(πfoutts/4)]
图6给出了max5879在四种工作模式下的频率响应。该图的x轴显示了归一化为输入数据采样率的输出频率。从 0 到 0.5 的范围描绘了第一个奈奎斯特区。nrz 模式在第一奈奎斯特区提供最大的输出信号。相对而言，rz模式在第一和第三奈奎斯特区具有最平坦的频率响应。rf模式的特点是第二和第三奈奎斯特区的最大输出功率。此外，第二奈奎斯特区的频率响应比其他两种工作模式的上升更平坦。在所有工作模式中，rfz模式在所有奈奎斯特区中具有最平坦的脉冲响应。
图6.max5879 rf dac的归一化频率响应适用于四种可能的工作模式。
max5882直接采样dac输出端的更新速率为4.6gsps。这使得使用直接调制来生成频率范围为47mhz至1003mhz的传输信号成为可能。max5882专为有线电视应用而开发，符合数据电缆服务接口规范（docsis）第3版。®
利用数字上变频器 （duc） 简化 dac 控制
到目前为止，要为高速dac提供高数据速率，需要使用具有高额定功率的现场可编程门阵列（fpga）。数据的数字上转换在fpga中完成。这种解决方案的缺点包括高耗散损耗和较高的系统成本。此外，升级系统以获得更高的调制方案只能非常困难。如果改变发射系统的功能分布，以便使用专用芯片实现数字上变频功能，则可以使用额定功率较低的fpga。这反过来又降低了系统成本和耗散损耗。副作用是，这简化了rf dac和fpga之间的接口，因为duc非常适合rf dac。
max5880 qam调制器和duc专为电缆系统应用而开发。此外，它还具有传输信号的数字预失真功能。其接口经过优化，可满足max5879和max5882高速dac的要求。
此后，maxim将max5880和max5882的功能集成到单个封装中，现在提供max5862/max5860高密度qam调制器（集成duc和rf dac），分别支持最大32/128个qam通道。
使用多个dac的应用中的时钟同步
现代通信系统经常组合多个传输路径。这就对同步各个rf dac的时钟提出了特殊要求。使用具有多路复用输入（muxdac）的dac时，还必须考虑这些特殊要求。
同步多个dac需要考虑以下问题：
必须检测上升时钟边沿的相对相位角。
各个dac之间的相对相位角必须改变，直到dac以正确的相位关系相互同步。
max19692 rf dac具有1路多路复用输入。在这里，四个输入信号组合成一个输出信号。因此，输入数据速率是dac更新数据速率的4/2。因此，3.575gsps的更新数据速率导致最大输入数据速率为msps。dac接收数据，可选择可编程，具有数据时钟的上升沿或上升沿和下降沿。借助数字分频器，dac从施加的输入时钟产生时钟信号。当dac导通时，当数字时钟分频器启动时，n分频器可以处于任何状态。当这些dac中的几个组合在单个发射路径上时，每个dac都可以以不同的分频器状态启动n分频器。由于各个dac接受具有不同数据边沿的输入数据，因此每个dac的输出数据与其他dac的输出数据偏移一个或多个时钟周期。重置时钟分频器只是解决此问题的部分方法;还需要检测操作过程中出现的任何错误分频器状态。这是通过测量和校正各种相关系来实现的。
在最简单的情况下，各个数据时钟输出之间的相位误差可以使用xor门来实现。最复杂的解决方案是采用鉴频鉴相器，例如使用锁相环（pll）时已知的鉴频检波器。
在这种情况下，每个dac使用单独的pll。使用pll比较数据输出的相位角和参考频率。来自各种dac的pll具有公共参考频率。这个过程可以实现锁相或相位同步星座。然而，这种配置有两个缺点：额外的模块导致更高的成本，而pll产生的相位噪声会限制系统性能。
max2870/max2871频率合成器保持优异的相位噪声性能，工作频率范围为23.5mhz至6000mhz。这是通过覆盖3000mhz至6000mhz频率范围的集成压控振荡器（vco）和内部分频器（分频因子为1至128）实现的，该分频器将输出分频到所需频率。为了实现如此广泛的范围，该模块中集成了多个vco，开发人员可以自动或手动选择它们。该器件可工作在整数n分频模式和小数n分频模式 由于这些特性，max2870/max2871可用作rf dac的合成器。
结论
rf dac使得使用单个dac产生50mhz至1ghz的宽带传输信号成为可能。由于这一成就，具有直接调制方案的新型发射器设计成为可能。过去，这种方法仅用于生成有线电视系统中正交幅度调制（qam）多载波信号的传输，或雷达设备和军事通信系统采用的微波系统的中频信号。新一代dac也可用于其他通信系统。当信号以数字方式生成时，由模拟干扰引起的元件公差、温度漂移、转换损耗和失真只起很小的作用。此外，对于数字生成的qam信号，还可以基本消除本振（lo馈通）的正交误差和串扰。必须特别注意考虑数字系统可能产生的杂散发射和噪声产物。其他优势包括更小的元件尺寸和更低的功耗，从而实现更高的集成密度。
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