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          使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶I/Q發(fā)射器設(shè)計(jì)

          作者:ADI公司 時間:2020-04-03 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          Circuits   from the Lab?參考設(shè)計(jì)是經(jīng)過測試的參考設(shè)計(jì),有助于加速設(shè)計(jì),同時簡化系統(tǒng)集成,幫助并解決當(dāng)今模擬、混合信號和RF設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202004/411700.htm

          連接/參考器件

          AD9139

          單通道、1.6 GSPS、16位、Tx?數(shù)模轉(zhuǎn)換器

          ADL5375

          正交調(diào)制器

          AD9516-1

          14路輸出時鐘發(fā)生器,集成2.5 GHz   VCO

          評估和設(shè)計(jì)支持

          電路評估板

          AD9139/ADL5375評估板(AD9139-DUAL-EBZ)

          數(shù)字模式發(fā)生器評估板(AD-DPG3)

          設(shè)計(jì)和集成文件

          原理圖、布局文件、物料清單、軟件

          電路功能與優(yōu)勢

          圖1所示的這個電路提供一個同步寬頻帶發(fā)射器,可支持高達(dá)1150 MHz的超寬I/Q帶寬。該設(shè)計(jì)證明了高帶內(nèi)信號性能,如高無雜散動態(tài)范圍(SFDR)、低誤差矢量幅度(EVM)和寬頻帶范圍內(nèi)的平坦頻率響應(yīng)。

          多個通道間的同步性能對于象限誤差校正(QEC)尤為重要。啟用多芯片同步時,轉(zhuǎn)換器之間的延遲失配可能在一個時鐘周期內(nèi),并且存在對齊良好的同步時鐘。

          高速同步的挑戰(zhàn)是要在過程、電壓和溫度(PVT)中達(dá)到數(shù)模()時鐘周期的精度。要達(dá)到這種精度,需要在上實(shí)施同步邏輯塊,并且必須在板上精心設(shè)計(jì)布局和時鐘方案以與同步邏輯塊配合使用。

          該電路可用于支持E頻段中的點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用,這可同時確保零中頻(ZIF)和復(fù)中頻(CIF)。出色的同步性能使其能夠支持雷達(dá)等應(yīng)用中的嚴(yán)格對齊要求。

          ADI技術(shù)文章圖1 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖1.AD9139-DUAL-EBZ評估板功能框圖

          ADI技術(shù)文章圖2 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖2.用于實(shí)現(xiàn)電路的AD9139-DUAL-EBZ評估板

          電路描述

          圖2所示的電路板使用雙AD9139單通道TxDAC、ADL5375-05正交調(diào)制器和AD9516-1時鐘發(fā)生器。

          AD9139的數(shù)據(jù)時鐘輸入(DCI)頻率可高達(dá)575 MHz。由于在上升沿和下降沿捕獲的數(shù)據(jù)均饋入單個DAC,1×模式下的數(shù)據(jù)速率可高達(dá)1150 MSPS。為支持正交數(shù)據(jù),使用了兩個AD9139器件來生成基帶數(shù)據(jù)。每個通道的模擬輸出分別進(jìn)入自己的低通濾波器。因此,參考設(shè)計(jì)可支持高達(dá)1150 MHz的復(fù)合帶寬,如圖3所示。在如此大范圍中的平坦度至關(guān)重要。由于AD9139包括一個可抵消DAC的內(nèi)在sinc滾降影響的反sinc濾波器,DAC后的濾波器平坦度變得對總平坦度至關(guān)重要。對于并行低電壓差分信號(LVDS)接口,575 MHz的DDR時鐘頻率很高。需要仔細(xì)設(shè)計(jì)LVDS接口的時序。

          ADI技術(shù)文章圖3 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖3.雙AD9139器件的最大帶寬

          正交調(diào)制器

          ADL5375-05是一款寬帶正交調(diào)制器,輸出頻率范圍為400 MHz至6 GHz。ADL5375-05作為I/Q調(diào)制器與AD9139接口,該調(diào)制器的頻率范圍很寬,為400 MHz至6 GHz。AD9139的輸出和ADL5375-05的輸入共用0.5 V的相同共模電平。

          時鐘產(chǎn)生和考慮事項(xiàng)

          考慮到同步要求,兩個AD9139器件的DACCLK、同步時鐘和幀時鐘都必須對齊良好。AD9516-1支持必需的時鐘分配功能,以及為產(chǎn)生更高頻率而集成的壓控振蕩器(VCO)和鎖相環(huán)(PLL)。禁用VCO和PLL,并且AD9516-1處于時鐘分配模式時,更好的時鐘相位噪聲更利于高速對齊。作為時鐘分配模式使用時,在1 GHz輸出,分頻比為1,10 MHz頻偏處,加性相位噪聲為147 dBc/Hz。Rohde & Schwartz SMA100A具有出色的相位噪聲性能,用其作為AD9516-1的輸入時,AD9516-1的輸出總相位噪聲接近時鐘分配模式下AD9516-1的最小限值。

          AD9139的多芯片同步

          雙通道間的同步對于QEC至關(guān)重要。DACCLK和同步時鐘之間需要布局對稱。此外,DACCLK和同步時鐘之間的相位不得落在建立和保持時間窗口內(nèi)(也稱為保持在窗口外(KOW))。

          同步機(jī)制可以達(dá)到在DAC輸出上多個通道之間在PVT中的失配小于一個DAC時鐘周期。以下是實(shí)現(xiàn)測試性能的指南:

          1.   DACCLK 1和DACCLK 2必須在AD9139的引腳上對齊良好。DACCLK 1和DACCLK 2之間的不匹配將添加到輸出上的最終不匹配中。

          2.   同步時鐘1和同步時鐘2必須對齊良好,并且分別由DACCLK1和DACCLK2采樣,用作參考。

          3.   DACCLK和同步時鐘之間的相對相位不得落在KOW內(nèi),如圖4所示。

          ADI技術(shù)文章圖4 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          4.DACCLK和同步時鐘之間的時序要求

          LVDS接口設(shè)計(jì)

          DCI = 575 MHz時,在PVT中設(shè)計(jì)LVDS接口通常是一個挑戰(zhàn)。本節(jié)用一個例子說明如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化該接口。

          以圖5為例,DCI = 491 MHz。根據(jù)AD9139數(shù)據(jù)手冊規(guī)格,如果DCI和DATA的邊緣在AD9139的引腳上對齊良好,當(dāng)延遲鎖相環(huán)(DLL)相位設(shè)置為零時,KOW(設(shè)置時間 + 保持時間)可置于有效窗口中間。

          數(shù)據(jù)有效裕量由如下公式定義。

          TDATA VALID MARGIN = TDATA PERIOD ? TDATA SKEW ? TDATA JITTER ? (THOLD + TSETUP)

          在整個過程變化、電壓和溫度中,TDATA VALID MARGIN必須> 0以確保數(shù)據(jù)的正確采樣。

          When DCI = 491 MHz (see Figure 5),

          DCI = 491 MHz(見圖5)時,

          ●   TDATA PERIOD = 1018 ps

          ●   THOLD + TSETUP = 517 ps

          ●   TDATA SKEW + TDATA JITTER在PVT中必須小于501 ps,這是用戶實(shí)施的要求。TDATA SKEW包括LVDS數(shù)據(jù)總線延遲失配、PVT中DCI和DATA總線之間的偏斜等。

          要優(yōu)化接口設(shè)計(jì),用戶可執(zhí)行以下操作:

             在印刷電路板(PCB)上用盡可能短的相同長度的走線。

          ●   通過確保以下各項(xiàng),優(yōu)化現(xiàn)場可編程門陣列(PFGA):

          ●   DCI和DATA的邊緣在AD9139的引腳上對齊良好。

          ●   在溫度和電壓變化時,DCI和DATA之間的漂移越小越好。

          ●   DCI和DATA之間的抖動越小越好。

          掃描DLL相位后,AD9139的樣本錯誤檢測(SED)功能也可用于檢查DCI和DATA之間的時序關(guān)系。

          ADI技術(shù)文章圖5 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖5.LVDS時序要求

          低通濾波器設(shè)計(jì)

          出于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,為了使AD9139的性能不被濾波器限制,在板上設(shè)計(jì)了一個在240MHz內(nèi)具有良好平坦度和群延遲性能的濾波器。在實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中,可以通過增加濾波器的階數(shù)來增強(qiáng)帶外抑制。

          圖6所示的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是一個五階巴特沃茲濾波器,轉(zhuǎn)折頻率為900 MHz。此濾波器的仿真響應(yīng)曲線如圖7所示。仿真平坦度為±0.1 dB(直流至240 MHz)。此濾波器的仿真群延遲曲線如圖7所示。

          ADI技術(shù)文章圖6 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖6.推薦的DAC調(diào)制器接口拓?fù)洌‵c = 900 MHz,五階巴特沃茲濾波器)

          ADI技術(shù)文章圖7 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖7.DAC調(diào)制器與900 MHz五階巴特沃茲濾波器接口的頻率響應(yīng)(模擬)

          ADI技術(shù)文章圖8 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖8.濾波器的群延遲

          布局建議

          應(yīng)特別注意AD9139和ADL5375接口的布局。以下是一些獲得較好噪聲和雜散性能的建議。圖9顯示了一個遵循這些建議的頂層布局圖:

          ●   將DAC、濾波器和調(diào)制器放在PCB的同一側(cè)。

          ●   收緊濾波器布局:減少L和C的禁區(qū)裕量。

          ●   將對地電容分三路接到GND平面。

          ●   縮短DAC到調(diào)制器的距離。

          ●   使所有I/Q差分走線長度保持良好的匹配。

          ●   濾波器端接電阻盡可能靠近調(diào)制器輸入端放置。

          ●   DAC輸出50 Ω電阻盡可能靠近DAC放置。

          ●   L和C使用0402封裝。

          ●   加寬經(jīng)過濾波器網(wǎng)絡(luò)的走線以降低信號損耗。

          ●   在所有DAC輸出走線、濾波器網(wǎng)絡(luò)、調(diào)制器輸出走線和LO輸入走線周圍設(shè)置通孔。

          ●   將本振(LO)和調(diào)制器輸出走線布設(shè)在不同的層上或彼此成90°角,防止耦合。

          ADI技術(shù)文章圖9 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖9.一般布局建議

          訪問 www.analog.com/CN0432-DesignSupport 獲取設(shè)計(jì)支持包,在隨附的AD9139-DUAL-EBZ布局文件中了解有關(guān)正確布局的更多信息。

          電路評估與測試

          下節(jié)描述如何設(shè)置和測試評估板。這些步驟概述了實(shí)現(xiàn)評估板功能和結(jié)果所需的基本步驟。有關(guān)更詳細(xì)的信息,請參閱AD9139-DUAL-EBZ評估板快速入門指南。

          需要的設(shè)備

          需要使用以下硬件:

          ●   AD9139-DUAL-EBZ

          ●   AD-DPG3

          ●   Agilent E3631A電源(或同等電源)

          ●   頻譜分析儀PXA N9030A

          ●   Rohde & Schwartz SMA100A信號發(fā)生器

          ●   帶USB端口的PC

          ●   USB電纜

          需要使用以下軟件:

          ●   DPG downloader

          ●   ACE軟件

          測試設(shè)置

          下節(jié)描述使用64 QAM數(shù)字調(diào)制測量鄰道功率(ACP)和調(diào)制誤差率(MER)性能的詳細(xì)信息。測試設(shè)置靈活,也可以執(zhí)行其它測量。測試設(shè)置如下圖10所示。AD9139-DUAL-EBZ評估板的硬件、SPI軟件、快速入門指南(QSG)以及DPG3硬件和軟件均已發(fā)布。

          使用一個Keysight E3631為P5/P6上的電路板提供5 V電源。使用一個R&S SMA100A為板上的AD9516-1提供輸入時鐘。再使用一個R&S SMA100A為ADL5375-05提供LO時鐘。AD9139通過串行外設(shè)接口(SPI)軟件進(jìn)行編程。PC上運(yùn)行的DPGDownloader生成AD9139的發(fā)射矢量并將其下載至DPG3。ADL5375-05的輸出饋入Keysight PXA N9030A。

          ADI技術(shù)文章圖10 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖10.測試設(shè)置功能框圖

          測量結(jié)果

          ADI技術(shù)文章圖11 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖11.ACP測量,LO = 2.5 G,BW = 6 × 80 = 480 MHz (CIF)

          ADI技術(shù)文章圖12 - 使用兩個具有多DAC同步功能的AD9139器件進(jìn)行寬帶基帶IQ發(fā)射器設(shè)計(jì).jpg

          圖12.MER/EVM測量,LO = 2.5 G,BW = 6 × 80 = 480 MHz (CIF)

          了解更多

          CN-0432設(shè)計(jì)支持包:www.analog.com/CN0432-DesignSupport

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          AD9122雙通道、1.2 GSPS高速DAC,ADI公司

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          AD9139數(shù)據(jù)手冊

          ADL5375數(shù)據(jù)手冊

          AD9139-DUAL評估板

          ADL5375-05評估板



          關(guān)鍵詞: DAC 寬帶

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