數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中數(shù)字信號處理技術(shù)分析

李英華　原立格

摘要：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中數(shù)字信號處理技術(shù)的研究首先要分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中應(yīng)用數(shù)字信號處理技術(shù)是否符合下一代系統(tǒng)標準，而后說明三個有關(guān)數(shù)字增強轉(zhuǎn)換器的例子：時間交替模數(shù)轉(zhuǎn)換器、全數(shù)字鎖相環(huán)、預(yù)校正功率放大器。協(xié)同操作系統(tǒng)是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的形式擴展形成，擴展方向是一個包含數(shù)字與模擬前后處理單元。分析結(jié)果表明，要想獲得轉(zhuǎn)換器的最佳整體性能需要采用整體設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 數(shù)字增強 信號處理

中圖分類號：TN911.7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0232-01

目前混合信號系統(tǒng)已經(jīng)遍及所有的電子設(shè)備，電子設(shè)備都是有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器組成?，F(xiàn)在由于模擬信號處理與數(shù)字信號處理界限已經(jīng)模糊不清，與通常不在相同，所以就不在嚴格區(qū)分信號處理領(lǐng)域問題。現(xiàn)在信號處理系統(tǒng)正被研究者和電路設(shè)計者用心的理念開發(fā)改變以往的數(shù)字信號處理的便利及數(shù)字CMOS技術(shù)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能得到增強。市場需求的混合信號系統(tǒng)是推動基于數(shù)字信號處理技術(shù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器朝靈活和高性價比方向發(fā)展。移動設(shè)備的發(fā)展使得系統(tǒng)設(shè)計成本問題和功耗都是需要重要考慮。目前，低功耗系統(tǒng)可以實現(xiàn)都是有數(shù)字CMOS器件的應(yīng)用和電源電壓降低所致。系統(tǒng)級對整個系統(tǒng)進行優(yōu)化在電路及優(yōu)化器之前可以進一步的降低功效。

1 數(shù)字增強數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

由于數(shù)字電路的設(shè)計已經(jīng)達到很高的自動化水平而模擬集成路設(shè)計復(fù)雜，所以兩者之間存在著成本與功耗的差別。功耗方面可以通過對ADC滿足增加數(shù)字邏輯不會增加系統(tǒng)功效條件進行比較，由此可以證明數(shù)字增強數(shù)據(jù)換器可以在混合信號系統(tǒng)中廣泛使用。混合信號整體系統(tǒng)的優(yōu)化可以通過數(shù)字增強數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)?？衫孟到y(tǒng)知識對整體的設(shè)計方法來設(shè)計協(xié)同操作各模塊，并非是將功能模塊分立設(shè)計。

2 數(shù)字增強數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的例子

2.1 數(shù)字增強TI-ADC

TI-ADC包括許多個并行ADC，采樣通過時間交替方式。因此，通道都會周期性的采集樣值。高速的CMOS/ADC產(chǎn)品被采樣示波器、低功率的中速ADC及下一代通信系統(tǒng)中必不可少的時間交替來實現(xiàn)的。

TI-ADC多通道匹配作為關(guān)鍵，如果特性不同的通道就會出現(xiàn)多余的調(diào)制項在輸出譜中，無雜散動與降低音噪的范圍會顯著降低。增益失配、偏置失配、時間偏置失配三個失配通道會受到影響，其中校準最難的是時間偏置失配，時間偏置因為是實際采樣時間和理想采樣時間的一個確定時間差，所以它每個通道ADC時鐘信號的不同時間延遲與通道特性本身引起的信號延遲兩個方面影響。近代數(shù)字算法與模擬接口電路相結(jié)合是由于數(shù)字集成電路的巨大發(fā)展實現(xiàn)的，但是權(quán)衡兩者之間的功耗，時間偏置很小，利用這種特性要滿足更嚴格的要求就要開發(fā)新的高效算法。實際上更加困難的情況是辨識時間偏置失配，目前關(guān)注的方法只關(guān)注面向應(yīng)用，例如TI-ADC在通信接收機的校準。

構(gòu)建一個好的ADC就要利用數(shù)字增強和時間交替，但采用的方法必須是整體的設(shè)計方法：即獲得實用的算法通過考慮整個系統(tǒng)來找到數(shù)字與模擬信號處理之間的最佳權(quán)衡。

2.2 數(shù)字增強全數(shù)字鎖

數(shù)字增強全數(shù)字鎖結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵器件是數(shù)控振蕩器，是傳統(tǒng)的壓控振蕩器的代替品。反饋回路將模擬震蕩信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字相應(yīng)信號。

全數(shù)字鎖相環(huán)有兩個基本的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：數(shù)字量可被數(shù)控振蕩器轉(zhuǎn)化為模擬頻率的模擬震蕩信號；震蕩信號被轉(zhuǎn)化成數(shù)字相應(yīng)信號由計數(shù)器與時間/數(shù)字轉(zhuǎn)換器一起在反饋回路完成，非均勻時鐘CKB頻率是來自反饋回路的數(shù)字信號形式與參考信號比較，目的是要數(shù)控振蕩器輸出頻率與參考時鐘頻率一致，因此計數(shù)器在CKR一個時鐘周期內(nèi)以數(shù)控振蕩器輸出頻率累計，產(chǎn)生的數(shù)字相位信號整數(shù)精度強，且TDC精度通過比較CKV與REF之間時間差提高，單個變?nèi)荻O管頻率變化范圍限制了它的頻率分辨率，影響范圍一般在20KHz。非理想的毛刺出現(xiàn)和噪聲增強是強量化導(dǎo)致的。將量化誤差移向較高的頻率是為了提高瞬時頻率分辨率。

全數(shù)字鎖相環(huán)可通過調(diào)制達到模擬鎖相環(huán)的性能。全數(shù)字鎖相環(huán)要超過模擬鎖相環(huán)可有數(shù)字信號處理技術(shù)達到。全數(shù)字鎖相環(huán)與模擬鎖相環(huán)相比性能更優(yōu)及靈活性更高，但是系統(tǒng)性復(fù)雜性增加是一缺點，因此要充分展現(xiàn)其優(yōu)點，電路設(shè)計者除了要有模擬電路設(shè)計技巧之外要有很深的系統(tǒng)級知識。

2.3 效率增強型射頻功率放大器

高功率射頻收發(fā)器的功率效率是無線基站中重要參數(shù)之一，因為它會影響到生產(chǎn)成本和運行成本。在接收端誤碼增加是由于功率放大器的非線性所引起的失真，這都是由放大器線性度與效率之間近似成反比，此外，臨近通道間強干擾會由非線性引起。但是為了降低接收端誤碼率以及特殊要求，功率放大器必須是線性的。

數(shù)字基帶預(yù)校正是最有效的線性化技術(shù)之一，數(shù)字預(yù)校正電路是一個功能模塊置于功率放大器之間，作用是為了補償射頻功率放大器非線性失真。數(shù)字預(yù)校正電路與射頻功率放大器可在理想情況下構(gòu)成一個線性系統(tǒng)，因為涉及的知識有功率放大器及射頻信號處理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模擬信號處理及預(yù)校正和數(shù)字信號處理，所以采用方案必須是整體設(shè)計。

如輸入信號為寬帶時就要將功率放大器的存儲效應(yīng)考慮你在內(nèi)，才能夠獲得充分的線性特征，輸入信號為窄帶則不用考慮，只要實現(xiàn)前置補償器常用靜態(tài)非線性就可充分獲得線性特性。此時，功率放大器的輸出信號要取決于輸入信號的當前值與輸入信號的過去值。

射頻功率放大器的數(shù)字增強技術(shù)要進一步發(fā)展，只有將數(shù)字信號及功率放大器的輸出信號等所有部分一起考慮才有可能實現(xiàn)這一目的。

3 結(jié)語

本文介紹了在深亞微米電路技術(shù)中模擬信號可以用數(shù)字增強型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進行處理。為了性能指標能夠嚴格的滿足，所以要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器范圍擴大，擴大范圍要到包括數(shù)/模預(yù)處理和模/數(shù)后處理單元。整體設(shè)計方案的采用使以前相互獨立的模塊變得相互依賴，提高了性能，但是設(shè)計的復(fù)雜程度有所增加。目前的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計基本部分是數(shù)字信號處理，但這一發(fā)展已成為目前的趨勢。

參考文獻

[1]康輝，尚春宇，張?zhí)N晴.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中數(shù)字信號處理技術(shù)研究[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，02：245-248.

[2]劉臣.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器中數(shù)字信號處理技術(shù)的思考[J].中外企業(yè)家，2013，32：238.