K波段直接数字化的高级宽带采样方案——扩展射频可能性的边界.docVIP

K波段直接数字化的高级宽带采样方案——扩展射频可能性的边界 在当今这个数字内容、互联网用户和物联网设备大爆炸的世界，人们对扩展通信网络能力的需求越来越高。为了满足这种需要，Teledyne e2v一直探索数字微波采样的前沿技术，最近已在实验套件上成功验证。它可支持K波段的直接数字下变频。这是今年的早些时候在ESA MTT workshop提出的使用EV12DS480宽带DAC实现直接K波段综合的工作的后续进展，在技术论文和最近的网络研讨会上有进一步的描述。 项目目的 这个项目的目标是实现24GHz的模拟前端，支持微波K波段（即频率范围18到27GHz）信号能量的直接数字化。目标的无杂散动态范围（SFDR）优于50 dBc。 微波前端板（FEB）的开发和两个现有的GHz的高速器件相关，这两个器件由Teledyne Scientific和Teledyne e2v分别开发。测试实验运行在高性能FEB上，整合了12位宽带数据转换器EV12AQ600和超高频双路追踪保持放大器（THA）RTH120。 前者的采样率高达6.4 Gsps，全功率输入信号带宽高达6.5 GHz。而追踪保持器的带宽高达24 GHz，并且拥有优异的线性度性能。因此，通过应用奈奎斯特定理并选择合适的采样频率，这套设备可直接从K波段下变频到基带，从而使ADC直接采集有用的信号，无需额外的下变频电路。这一方案的指导原则是用途广泛的软件定义微波接收器，它提高了射频系统设计的敏捷度，同时简化了射频信号采集系统的设计，并潜在地降低了功耗。另外，我们也希望通过这个项目，在未来确实降低实际应用的功耗。 这篇文档描述了研究的状态和最新的发现，并提出了需改进的部分。 我们将进行的一系列测试的目的是找出当今K波段（18到27GHz）直接下变频技术的不足。从下列初始的无杂散动态范围测试中可以发现三个问题： · 输入信号功率对THA性能的影响· 当工作在高奈奎斯特域时，低频校准对ADC交织性能的影响· 在高奈奎斯特域采样时，ADC内部积分非线性（INL)错误的影响 最后，Teledyne e2v希望这个项目得出的结论对下一代K波段产品的设计有一些指导意义。 项目开始 前端板（FEB）的基本框图如图1所示。FEB被设计成包含宽带ADC和用作输入级的THA。仔细观察图2的FEB，会发现它包含了一些额外的支持器件，包括一个 功分器、一个移相器和一些巴伦。板子还提供了两路独立的输入：一路绕过RTH120，优化第一和第二奈奎斯特域采样高达6GHz的性能（图中未画出）；另一路用于6 到24GHz的宽带操作。在项目开始时，RTH120还是一款正在经历优化的试生产产品。这个实验系统初始的ADC默认配置如下： · 输入带宽(6.5 GHz)· 一通道模式，所有四个核心交织成最大采样率（例如6.4Gsps）· 采样频率设置成5Gsps· 交织校准按照数据手册中标准默认的设置配置，在下文中都称之为CalSet0 图1、FEB测试评估设备和关键器件 图2、载板上的FEB初始样机的照片 第一次动态测试的结果 FEB的初始测试表现出波动的无杂散动态范围 （SFDR）响应（图3）。在不同的ADC信号满刻度范围（SFSR）进行两次独立的扫频。扫频覆盖的信号频率超过30GHz。图3放大了17GHz到25GHz的范围。 图3、基线FEB性能（SFDR从17到25GHz） 检查初始结果 SFDR的特性有很大的分析价值，并为未来的动态性能提升提供了参考。从这些结果（图3）可以看出： · 低输入信号功率的SFDR平坦度更好（图3比较 了-7dBFS和-13dBFS的结果） · 初始的实验配置难以实现我们预期的50dBc SFDR的目标提高性能的第一步是找出限制SFDR的信号杂散。下图 （图4）标出了输入电平-7dBFS和-13dBFS时主要的杂散，用dBFS表示。 图4、两种信号功率的基线FEB性能 （SFDR从17到25GHz） 从上图可以看出，对于不同的频率范围和输入幅度，变化的杂散频率分量可以看作SFDR波动的原因，请参考图中最大杂散的曲线。图中也标注了二次谐波（H2）和 三次谐波（H3）以及采样时钟（Fc/4）的影响。仔细观察，您还会发现： · 从最大杂散（深色曲线）可以看出，H2是最主要的影响因素，特别是对于-7dBFS。 · 如果H2可以被改进，下一个影响最大的因素显然是Fc/4 性能，它对小信号曲线（-13dBFS）的影响很大。但是，对于上面两种信号功率，Fc/4限制SFDR大约在58dBFS(在 18GHz到22GHz之间）。如果不改进这个问题，很难进一步提高动态性能。Fc/4的问题表明多个ADC核心交织可能产生的一些问题。杂散信号的根源是偏置不匹配。 · 通过优化，-13dBFS的SFDR