Çfarë ndodh me konvertuesit dixhitalë poshtë-Pjesa 1

Shumë arkitektura aktuale të radios përmbajnë faza të konvertimit të poshtëm që përkthejnë një brez frekuence RF ose mikrovalë në një frekuencë të ndërmjetme për përpunimin e brezit bazë. Pavarësisht nga aplikimi përfundimtar, nëse është komunikimi, hapësira ajrore dhe mbrojtja, apo instrumentet, frekuencat e interesit po shtyhen më lart në spektrin RF dhe mikrovalë. Një zgjidhje e mundshme për këtë skenar është përdorimi i një numri në rritje të fazave të konvertimit poshtë, siç është ajo që tregohet në Figurën 1. Megjithatë, një zgjidhje tjetër më efikase është përdorimi i një ADC RF me një konvertues dixhital të integruar (DDC) siç tregohet në Figurën 2. Figura 1. Zinxhiri tipik i sinjalit analog të marrësit me faza të konvertimit në rënie. Integrimi i funksionalitetit DDC me një RF ADC eliminon nevojën për faza shtesë të konvertimit analog dhe lejon që spektri në fushën e frekuencës RF të konvertohet drejtpërdrejt në brez bazë për përpunim. Aftësia e RF ADC për të përpunuar spektrin në domenin e frekuencës gigahertz lehtëson nevojën për të kryer konvertime potencialisht të shumëfishta në domenin analog. Aftësia e DDC lejon qëndrueshmërinë e spektrit si dhe filtrimin përmes filtrimit të dekimimit, i cili gjithashtu siguron avantazhin e përmirësimit të diapazonit dinamik brenda brezit (rrit SNR). Diskutim shtesë për këtë temë mund të gjendet këtu, "Jo ADC e gjyshit tuaj" dhe këtu, "ADC-të Gigasample premtojnë konvertim të drejtpërdrejtë RF". Këta artikuj ofrojnë disa diskutime shtesë mbi AD9680 dhe AD9625 dhe funksionalitetin e tyre DDC. Figura 2. Zinxhiri i sinjalit të marrësit duke përdorur një RF ADC me një DDC. Fokusi kryesor këtu do të jetë në funksionalitetin DDC që ekziston në AD9680 (si dhe AD9690, AD9691 dhe AD9684). Për të kuptuar funksionalitetin e DDC dhe si të analizoni spektrin e daljes kur DDC përdoret me një ADC, ne do të hedhim një vështrim në një shembull me AD9680-500. Si ndihmë, do të përdoret Mjeti i Palosjes së Frekuencës në faqen e internetit të Pajisjeve Analog. Ky mjet i thjeshtë por i fuqishëm mund të përdoret për të ndihmuar në kuptimin e efekteve lehtësuese të një ADC, i cili është hapi i parë në analizimin e spektrit të daljes në një RF ADC me DDC të integruar siç është AD9680. Në këtë shembull, AD9680-500 po funksionon me një orë hyrëse prej 368.64 MHz dhe një frekuencë hyrëse analoge prej 270 MHz. Së pari, është e rëndësishme të kuptoni konfigurimin për blloqet e përpunimit dixhital në AD9680. AD9680 do të vendoset që të përdorë zbritësin dixhital (DDC) ku hyrja është reale, dalja është komplekse, frekuenca e akordimit të oshilatorit numerik (NCO) është vendosur në 98 MHz, filtri me gjysmë brezi 1 (HB1) është aktivizuar, dhe fitimi prej 6 dB është aktivizuar. Meqenëse dalja është komplekse, blloku i konvertimit kompleks në real është i çaktivizuar. Diagrami bazë për DDC është treguar në Figurën 3. Për të kuptuar se si përpunohen tonet hyrëse, është e rëndësishme të kuptohet se sinjali kalon së pari përmes NCO, e cila i zhvendos tonet e hyrjes në frekuencë, pastaj kalon përmes dekimimit, opsionalisht përmes bllokut të fitimit, dhe pastaj opsionalisht përmes konvertim kompleks në real. Figura 3. Blloqet e përpunimit të sinjalit DDC në AD9680. Importantshtë e rëndësishme të kuptohet edhe pamja makro e rrjedhës së sinjalit përmes AD9680. Sinjali hyn përmes hyrjeve analoge, kalon përmes bërthamës ADC, në DDC, pastaj përmes serializuesit JESD204B dhe më pas del përmes korsive të daljes serike JESD204B. Kjo ilustrohet me bllok -diagramin e AD9680 të treguar në Figurën 4. Figura 4. Bllok diagrami AD9680. Me një orë të mostrës hyrëse prej 368.64 MHz dhe një frekuencë hyrëse analoge prej 270 MHz, sinjali i hyrjes do të quhet ndryshe në zonën e parë Nyquist në 98.64 MHz. Harmonika e dytë e frekuencës së hyrjes do të aliasohet në zonën e parë Nyquist në 171.36 MHz ndërsa pseudonimi i tretë harmonik në 72.72 MHz. Kjo ilustrohet nga grafiku i veglës së palosjes së frekuencës në figurën 5. Figura 5. Spektri i daljes ADC i ilustruar me mjetin e palosjes së frekuencës. Komploti i Veglave të Palosjes së Frekuencës i treguar në Figurën 5 jep gjendjen e sinjalit në daljen e bërthamës ADC para se të kalojë nëpër DDC në AD9680. Blloku i parë i përpunimit përmes të cilit kalon sinjali në AD9680 është NCO që do të zhvendosë spektrin në të majtë në fushën e frekuencës me 98 MHz (kujtojmë frekuencën tonë të akordimit 98 MHz). Kjo do të zhvendosë hyrjen analoge nga 98.64 MHz poshtë në 0.64 MHz, harmonika e dytë do të zhvendoset poshtë në 73.36 MHz dhe harmonika e tretë do të zhvendoset poshtë në –25.28 MHz (kujtojmë se po shohim një dalje komplekse). Kjo tregohet në komplotin FFT nga Visual Analog në Figurën 6 më poshtë. Figura 6. Dalja komplekse FFT pas një DDC me NCO = 98 MHz dhe shkatërrohet me 2. Nga komploti FFT në Figurën 6, ne mund të shohim qartë se si nënoficeri ka zhvendosur frekuencat që kemi vërejtur në Mjetin e Palosjes së Frekuencës. Ajo që është interesante është se ne shohim një ton të pashpjegueshëm në FFT. Megjithatë, a është vërtet i pashpjegueshëm ky ton? Nënoficeri nuk është subjektiv dhe zhvendos të gjitha frekuencat. Në këtë rast, ai ka zhvendosur pseudonimin e tonit themelor të hyrjes 98 MHz në 0.64 MHz dhe ka zhvendosur harmonikën e dytë në 73.36 MHz dhe harmonikën e tretë në –25.28 MHz. Përveç kësaj, një ton tjetër është zhvendosur gjithashtu dhe shfaqet në 86.32 MHz. Nga erdhi në të vërtetë ky ton? A e prodhoi disi këtë ton përpunimi i sinjalit të DDC apo ADC? Epo, përgjigja është jo… dhe po. Le ta shikojmë këtë skenar pak më nga afër. Vegla e palosjes së frekuencës nuk përfshin kompensimin dc të ADC. Ky kompensim dc rezulton në një ton të pranishëm në dc (ose 0 Hz). Mjeti i Palosjes së Frekuencave po supozon një ADC ideale që nuk do të kishte kompensim dc. Në daljen aktuale të AD9680, toni i kompensuar i DC në 0 Hz zhvendoset në frekuencë në –98 MHz. Për shkak të përzierjes dhe dekimimit kompleks, ky ton kompensimi dc paloset përsëri në zonën e parë Nyquist në fushën e frekuencës reale. Kur shikoni një sinjal hyrës kompleks ku një ton zhvendoset në zonën e dytë Nyquist në domenin e frekuencës negative, ai do të mbështillet përsëri në zonën e parë Nyquist në domenin e frekuencës reale. Meqenëse ne kemi dekimimin e aktivizuar me një normë decimimi të barabartë me dy, zona jonë e dekimuar Nyquist është e gjerë 92.16 MHz (kujtojmë: fs = 368.64 MHz dhe shkalla e mostrës së shkatërruar është 184.32 MHz, e cila ka një zonë Nyquist prej 92.16 MHz). Toni i kompensimit dc zhvendoset në –98 MHz, që është delta 5.84 MHz nga kufiri i zonës së dekimuar Nyquist në 92.16 MHz. Kur ky ton paloset përsëri në zonën e parë Nyquist, ai përfundon në të njëjtën zhvendosje nga kufiri i zonës Nyquist në domenin e frekuencës reale, që është 92.16 MHz – 5.84 MHz = 86.32 MHz. Pikërisht këtu e shohim tonin në komplotin FFT më sipër! Pra teknikisht, ADC po prodhon sinjal (meqenëse është kompensuar DC) dhe DDC po e lëviz atë pak. Këtu hyn në planifikim frekuenca e mirë. Planifikimi i duhur i frekuencës mund të ndihmojë për të shmangur situata të tilla si kjo. Tani që kemi shikuar një shembull duke përdorur filtrin NCO dhe HB1 me një normë decimimi të barabartë me dy, le t'i shtojmë pak më shumë shembullit. Tani ne do të rrisim shkallën e dekimimit në DDC për të parë efektet e palosjes dhe përkthimit të frekuencës kur përdoret një normë më e lartë e dhjetimit së bashku me akordimin e frekuencës me nënoficerin. Në këtë shembull ne do të shikojmë AD9680-500 që funksionon me një orë hyrëse prej 491.52 MHz dhe një frekuencë hyrëse analoge prej 150.1 MHz. AD9680 do të vendoset që të përdorë zbritësin dixhital (DDC) me një hyrje reale, një dalje komplekse, një frekuencë akordimi NCO të 155 MHz, filtër me gjysmë brezi 1 (HB1) dhe filtër me gjysmë brezi 2 (HB2) i aktivizuar (gjithsej shkalla e dekimimit është e barabartë me katër), dhe fitimi i 6 dB është aktivizuar. Meqenëse dalja është komplekse, blloku i konvertimit kompleks në real është i çaktivizuar. Kujtoni nga Figura 3 diagramin bazë për DDC, i cili jep rrjedhjen e sinjalit përmes DDC. Edhe një herë sinjali së pari kalon përmes NCO, i cili zhvendos tonet e hyrjes në frekuencë, pastaj kalon përmes dekimimit, përmes bllokut të fitimit dhe, në rastin tonë, anashkalon kompleksin në konvertimin real. Edhe një herë ne do të përdorim mjetin e palosjes së frekuencës për të ndihmuar në kuptimin e efekteve aliasing të ADC në mënyrë që të vlerësojmë se ku do të vendosen frekuenca e hyrjes analoge dhe harmonikat e saj në domenin e frekuencës. Në këtë shembull kemi një sinjal real, një normë mostre prej 491.52 MSPS, shkalla e decimimit është vendosur në katër dhe dalja është komplekse. Në daljen e ADC, sinjali shfaqet siç ilustrohet më poshtë në Figurën 7 me Veglën e Palosjes së Frekuencës. Figura 7. Spektri i daljes ADC i ilustruar me mjetin e palosjes së frekuencës. Me një orë mostre hyrëse prej 491.52 MHz dhe një frekuencë hyrëse analoge prej 150.1 MHz, sinjali hyrës do të banojë në zonën e parë Nyquist. Harmonika e dytë e frekuencës hyrëse në 300.2 MHz do të alias në zonën e parë Nyquist në 191.32 MHz ndërsa harmonia e tretë në 450.3 MHz aliason në zonën e parë Nyquist në 41.22 MHz. Kjo është gjendja e sinjalit në daljen e ADC para se të kalojë nëpër DDC. Tani le të shohim se si kalon sinjali përmes blloqeve të përpunimit dixhital brenda DDC. Ne do ta shikojmë sinjalin ndërsa kalon në çdo fazë dhe do të vëzhgojmë sesi nënoficeri zhvendos sinjalin dhe procesi i dekimimit më pas palos sinjalin. Ne do ta ruajmë grafikun për sa i përket shkallës së mostrës hyrëse, 491.52 MSPS dhe termat fs do të jenë në lidhje me këtë normë të mostrës. Le të vëzhgojmë procesin e përgjithshëm siç tregohet në figurën 8. Nënoficeri do të zhvendosë sinjalet hyrëse në të majtë. Pasi sinjali në domenin kompleks (frekuenca negative) të zhvendoset përtej –fs/2, ai do të paloset përsëri në zonën e parë Nyquist. Më tej, sinjali kalon nëpër filtrin e parë të decimimit, HB2, i cili zvogëlohet me dy. Në figurë, unë jam duke treguar procesin e dekimimit pa treguar përgjigjen e filtrit edhe pse operacionet ndodhin së bashku. Kjo është për thjeshtësi. Pas dekimimit të parë me një faktor dy, spektri nga fs/4 në fs/2 përkthehet në frekuenca midis –fs/4 dhe dc. Në mënyrë të ngjashme, spektri nga –fs/2 në –fs/4 përkthehet në frekuencat midis dc dhe fs/4. Sinjali tani kalon përmes filtrit të dytë të dekimimit, HB1, i cili gjithashtu dhjetësohet me dy (dekimimi total tani është i barabartë me katër). Spektri midis fs/8 dhe fs/4 tani do të përkthehet në frekuencat midis –fs/8 dhe dc. Në mënyrë të ngjashme, spektri midis –fs/4 dhe –fs/8 do të përkthehet në frekuencat midis dc dhe fs/8. Edhe pse decimation është treguar në figurë, operacioni i filtrimit të decimation nuk është treguar. Figura 8. Efektet e filtrave të decimimit në spektrin e daljes ADC - shembull gjenerik. Kujtoni shembullin e diskutuar më parë me një shpejtësi të mostrës hyrëse prej 491.52 MSPS dhe një frekuencë hyrëse prej 150.1 MHz. Frekuenca e nënoficerëve është 155 MHz dhe shkalla e decimimit është e barabartë me katër (për shkak të rezolucionit të nënoficerëve, frekuenca aktuale e NCO është 154.94 MHz). Kjo rezulton në një normë të mostrës së prodhimit prej 122.88 MSPS. Meqenëse AD9680 është konfiguruar për përzierje komplekse, ne do të duhet të përfshijmë domenin kompleks të frekuencës në analizën tonë. Figura 9 tregon se përkthimet e frekuencës janë mjaft të ngarkuara, por me studim të kujdesshëm mund të kalojmë rrugën tonë përmes rrjedhës së sinjalit. Figura 9. Efektet e filtrave të decimation në spektrin e daljes ADC - shembulli aktual. Spektri pas ndërrimit të nënoficerit: Frekuenca themelore zhvendoset nga +150.1 MHz në –4.94 MHz. Imazhi i ndryshimit themelor nga –150.1 MHz dhe përfundon në 186.48 MHz. Harmonia e dytë zhvendoset nga 191.32 MHz poshtë në 36.38 MHz.  Harmonia e tretë zhvendoset nga +41.22 MHz poshtë në –113.72 MHz. Spektri pas ndarjes me 2: Frekuenca themelore qëndron në –4.94 MHz. Imazhi i themelit përkthehet në –59.28 MHz dhe zbutet nga filtri i decimimit HB1. Harmonika e dytë qëndron në 36.38 MHz. Harmonika e tretë zbutet ndjeshëm nga filtri i decimimit HB2. Spektri pas dhjetëfishimit me 4: Themeli qëndron në –4.94 MHz. Imazhi i fondamentit qëndron në –59.28 MHz. Harmonika e dytë qëndron në –36.38 MHz. Harmonika e tretë filtrohet dhe eliminohet praktikisht nga filtri i decimimit HB1. Tani le të shohim matjen aktuale në AD9680-500. Ne mund të shohim qendrat themelore në –4.94 MHz. Imazhi i fondamentit qëndron në –59.28 MHz me një amplitudë prej –67.112 dBFS, që do të thotë se imazhi është zbutur me afërsisht 66 dB. Harmonika e dytë qëndron në 36.38 MHz. Vini re se VisualAnalog nuk i gjen siç duhet frekuencat harmonike pasi nuk interpreton frekuencën e nënoficerëve dhe shkallët e decimimit. Figura 10. Skema e daljes komplekse FFT e sinjalit pas DDC me NCO = 155 MHz dhe ndahet me 4. Nga FFT ne mund të shohim spektrin e daljes së AD9680-500 me DDC të krijuar për një hyrje reale dhe dalje komplekse me një frekuencë NCO të 155 MHz (aktuale 154.94 MHz), dhe një normë dekimimi të barabartë me katër. Unë ju inkurajoj të ecni nëpër diagramin e rrjedhës së sinjalit për të kuptuar se si zhvendoset dhe përkthehet spektri. Unë gjithashtu do t'ju inkurajoja që të përshkoni me kujdes shembujt e dhënë në këtë artikull për të kuptuar efektet e DDC në spektrin e daljes ADC. Unë rekomandoj të printoni Figurën 8 dhe ta mbani atë në dispozicion për referencë kur analizoni spektrin e daljes së AD9680, AD9690, AD9691 dhe AD9684. Ndërsa mbështesja këto produkte, kam pasur shumë pyetje që lidhen me frekuencat që janë në spektrin e daljes së ADC që konsiderohen të pashpjegueshme. Sidoqoftë, pasi të bëhet analiza dhe të analizohet rrjedha e sinjalit përmes nënoficerit dhe filtrave të dekimimit, bëhet e qartë se ato që në fillim u konsideruan nxitje të pashpjegueshme në spektër, në të vërtetë janë vetëm sinjale që banojnë pikërisht aty ku duhet të jenë. Shpresoj që pasi të keni lexuar dhe studiuar këtë artikull të jeni të pajisur më mirë për të trajtuar pyetjet herën tjetër që do të punoni me një ADC që ka të integruar DDC. Qëndroni të sintonizuar për pjesën e dytë, ku ne do të vazhdojmë të shikojmë aspektet shtesë të funksionimit të DDC dhe gjithashtu se si mund të simulojmë sjelljen e tij.

Lini një mesazh 

Lista mesazh