高性能中頻采樣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中頻采樣廣泛應(yīng)用于軟件無(wú)線(xiàn)電、數(shù)字中頻接收機(jī)、基站系統(tǒng)等通信領(lǐng)域。高性能的中頻采樣系統(tǒng)往往要求具備高信噪比、靈活可變的采樣頻率，支持高速高精度采樣。根據(jù)以上要求。這里設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高性能中頻采樣系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
圖1為中頻采樣系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。由圖1可知，該系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電路、A／D轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘電路3部分組成。

1．1 驅(qū)動(dòng)電路
信號(hào)A／D轉(zhuǎn)換前往往需要進(jìn)行以下處理：1)放大或衰減，使輸入信號(hào)的電平與A／D轉(zhuǎn)換器的所需電平相吻合；2)直流補(bǔ)償或電平轉(zhuǎn)換，通過(guò)補(bǔ)償提高或降低直流電平使之符合A／D轉(zhuǎn)換器的工作電平；3)濾波。濾除信號(hào)雜波使頻帶寬度符合A／D轉(zhuǎn)換器的要求。采用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路可以很好的完成上述處理。
使用運(yùn)算放大器作A／D轉(zhuǎn)換器的接口還可作為緩存。大部分的A／D轉(zhuǎn)換器并不能獲得與輸入電壓范圍相符合的輸入信號(hào)，只有極少的情況下是相符的，這時(shí)需要在輸入信號(hào)與A／D轉(zhuǎn)換器之間加入一個(gè)緩存運(yùn)放，這樣可以解決以下問(wèn)題：1)阻抗匹配，信號(hào)源往往并不是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需的低阻抗，A／D轉(zhuǎn)換器的輸入將影響信號(hào)源。通常運(yùn)算放大器緩存具有高輸入阻抗，因此它不會(huì)對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生影響。另外其低輸出阻抗有益于A／D轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)；2)減小容性負(fù)載的影響。大多數(shù)的A／D轉(zhuǎn)換器除在輸入端具有電阻特性外，還具有電容效應(yīng)。因此需要額外的補(bǔ)償電路．通常用電阻或電容。運(yùn)算放大器的低輸出阻抗特性使其解決上述問(wèn)題；3)將單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，許多A／D轉(zhuǎn)換器使用差分輸入，而大多數(shù)信號(hào)是單端的。運(yùn)算放大器可以完成這一轉(zhuǎn)換。
1．2 A／D轉(zhuǎn)換電路
A／D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)主要分為靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)2種。靜態(tài)參數(shù)是指A／D轉(zhuǎn)換電路在低頻或直流下的性能參數(shù)，而動(dòng)態(tài)參數(shù)則是指中頻或射頻信號(hào)輸入時(shí)的性能參數(shù)。對(duì)于中頻采樣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于輸入信號(hào)頻率較高，其動(dòng)態(tài)特性對(duì)反映電路的性能具有更大意義。重要的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)包括：信噪比RSN、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍SFDR、有效比特位ENOB、積分非線(xiàn)性INL、微分非線(xiàn)性DNL等。
一個(gè)高性能的中頻采樣系統(tǒng)對(duì)噪聲性能的要求很高，A／D轉(zhuǎn)換器的噪聲來(lái)源通常有：A／D轉(zhuǎn)換器失真和量化噪聲，A／D轉(zhuǎn)換器等價(jià)輸入噪聲，內(nèi)部抽樣保持電路的孔徑抖動(dòng)，不良的接地和退耦設(shè)計(jì)，外部驅(qū)動(dòng)放大器的噪聲，不良的布局和信號(hào)走線(xiàn)設(shè)計(jì)，采樣時(shí)鐘噪聲，外部電源噪聲。針對(duì)以上噪聲來(lái)源，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用以下方法，力求減小噪聲的引入：所有芯片的電源部分都采用鉭電解電容與大面積，低阻抗的地層相退耦，用于去除低頻噪聲；使用鐵氧體磁珠去除電源的高頻噪聲；模擬地與數(shù)字地分離。A／D轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。