K波段直接數(shù)字化的高級(jí)寬帶采樣方案 ——擴(kuò)展射頻可能性的邊界

引言

在當(dāng)今這個(gè)數(shù)字內(nèi)容、互聯(lián)網(wǎng)用戶和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大爆炸的世界，人們對(duì)擴(kuò)展通信網(wǎng)絡(luò)能力的需求越來越高。為了滿足這種需要，Teledyne e2v一直探索數(shù)字微波采樣 的前沿技術(shù)，最近已在實(shí)驗(yàn)套件上成功驗(yàn)證。它可支持K波段的直接數(shù)字下變頻。這是今年的早些時(shí)候在ESA MTT workshop提出的使用EV12DS480寬帶DAC實(shí)現(xiàn) 直接K波段綜合的工作的后續(xù)進(jìn)展，在技術(shù)論文1和最近 的網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)²上有進(jìn)一步的描述。

項(xiàng)目目的

這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)24GHz的模擬前端，支持微波K 波段（即頻率范圍18到27GHz）信號(hào)能量的直接數(shù)字化。目標(biāo)的無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）優(yōu)于50 dBc。

微波前端板（FEB）的開發(fā)和兩個(gè)現(xiàn)有的GHz的高速器件相關(guān)，這兩個(gè)器件由Teledyne Scientific和Teledyne e2v分別開發(fā)。測(cè)試實(shí)驗(yàn)運(yùn)行在高性能FEB上，整合了12位寬帶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器EV12AQ600和超高頻雙路追蹤保 持放大器（THA）RTH120。

前者的采樣率高達(dá)6.4 Gsps，全功率輸入信號(hào)帶寬高達(dá) 6.5 GHz。而追蹤保持器的帶寬高達(dá)24 GHz，并且擁有 優(yōu)異的線性度性能。因此，通過應(yīng)用奈奎斯特定理并選 擇合適的采樣頻率，這套設(shè)備可直接從K波段下變頻到 基帶，從而使ADC直接采集有用的信號(hào)，無需額外的下變頻電路。這一方案的指導(dǎo)原則是用途廣泛的軟件定義 微波接收器，它提高了射頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的敏捷度，同時(shí) 簡(jiǎn)化了射頻信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并潛在地降低了功 耗。另外，我們也希望通過這個(gè)項(xiàng)目，在未來確實(shí)降 低實(shí)際應(yīng)用的功耗。

這篇文檔描述了研究的狀態(tài)和最新的發(fā)現(xiàn)，并提出了 需改進(jìn)的部分。 

我們將進(jìn)行的一系列測(cè)試的目的是找出當(dāng)今K波段（18到 27GHz）直接下變頻技術(shù)的不足。從下列初始的無雜散 動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試中可以發(fā)現(xiàn)三個(gè)問題： 

? 輸入信號(hào)功率對(duì)THA性能的影響 

? 當(dāng)工作在高奈奎斯特域時(shí)，低頻校準(zhǔn)對(duì)ADC交織性能的 影響 

? 在高奈奎斯特域采樣時(shí)，ADC內(nèi)部積分非線性（INL)錯(cuò) 誤的影響 

最后，Teledyne e2v希望這個(gè)項(xiàng)目得出的結(jié)論對(duì)下一代 K波段產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有一些指導(dǎo)意義。 

項(xiàng)目開始 

前端板（FEB）的基本框圖如圖1所示。FEB被設(shè)計(jì)成 包含寬帶ADC和用作輸入級(jí)的THA。仔細(xì)觀察圖2的 FEB，會(huì)發(fā)現(xiàn)它包含了一些額外的支持器件，包括一個(gè) 功分器、一個(gè)移相器和一些巴倫。板子還提供了兩路獨(dú) 立的輸入：一路繞過RTH120，優(yōu)化第一和第二奈奎斯特 域采樣高達(dá)6GHz的性能（圖中未畫出）；另一路用于6 到24GHz的寬帶操作。在項(xiàng)目開始時(shí)，RTH120還是一 款正在經(jīng)歷優(yōu)化的試生產(chǎn)產(chǎn)品。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始的ADC默認(rèn)配置如下： 

? 輸入帶寬 (6.5 GHz) 

? 一通道模式，所有四個(gè)核心交織成最大采樣率（例如 6.4Gsps） 

? 采樣頻率設(shè)置成5Gsps 

? 交織校準(zhǔn)按照數(shù)據(jù)手冊(cè)中標(biāo)準(zhǔn)默認(rèn)的設(shè)置配置，在下文 中都稱之為CalSet0 

圖1-FEB測(cè)試評(píng)估設(shè)備和關(guān)鍵器件

圖2-載板上的FEB初始樣機(jī)的照片