多载波GSM/EDGE发射器的关键DAC参数

以下文章将深入探讨带LVPECL数字输入的260Msps、14位数模转换器（DAC）MAX5195如何适应基于GSM/EDGE的收发器设计。本文详细介绍了确切的SFDR、IMD、SNR和MTPR要求，以及MAX5195高动态性能DAC如何满足这些要求。本文最后举例说明了 DAC 在 GSM/EDGE 应用中常见的 4 音 MTPR 性能。

新兴的无线通信标准（宽带、多载波）对失真和噪声规格的要求越来越低。发射器（Tx）电路中的数模转换器（DAC）是模拟信号生成的关键元件。它们可以显著影响系统的最终动态性能。

用于GSM/EDGE的多载波基站收发器系统的发射器部分为通信DAC制造商提供了便利。制造商需要在更高的输出频率下提供更高的分辨率和更快的更新速率，同时在宽带宽上降低噪声和杂散辐射。

由于这些要求，GSM/EDGE系统设计人员认为通信DAC只有在能够满足四个主要噪声和失真类别的关键规格时才具有吸引力。它们是：无杂散动态范围 （SFDR）、信噪比 （SNR）、互调失真 （IMD） 和多音功率比 （MTPR）。所有四个参数对于确保Tx系统满足所需的杂散和IMD目标至关重要。

GSM/EDGE 的 DAC 动态性能要求

为了指定基站的噪声和杂散发射，使用所谓的GSM/EDGE Tx模板来识别这些参数的DAC要求。该模板表明噪声和杂散发射的允许水平取决于发射载波频率的偏移频率。GSM/EDGE模板及其规格基于单个有源载波，发射器中的任何其他载波都被禁用。图 1 中显示的规格支持每个载波 20W 或更高的输出功率水平。较低的输出功率水平将产生不太严格的发射要求。

图1.Tx模板有助于识别DAC的噪声和失真限值，DAC用于基于GSM/EDGE的基站收发器系统的传输路径。

无杂散动态范围 （SFDR）

GSM/EDGE系统要求模拟信号合成电路模块（DAC）在失调频率≥80MHz时具有小于-6dBc的杂散发射电平。DAC的杂散产物可以与来自其他电路元件的随机噪声和杂散产物相结合。因此，DAC的杂散产物应再后退6dB（最小值），以允许这些其他源。

载波的数量及其相对于DAC满量程的信号电平也起着重要作用。与满量程正弦波不同，多音信号的固有性质（其中信号的频谱能量分布在定义的带宽上）包含更高的峰均方根比，如果信号电平没有适当地降低，则增加了潜在削波的可能性。如果发射机使用四个带内载波工作，则每个载波必须在满量程以下>12dB下工作，而八个载波需要低于满量程>18dB的幅度以防止波形削波。

示例：对于所采用的4-PSK（相移键控）调制，基于EDGE的调制的峰均方根比为8dB。这要求载波幅度再回退4dB。-6dB的额外裕量用于补偿其他电路元件。对于每个指定带宽具有四个/八个载波的系统，每个载波必须满足-18dBFS/-24dBFS或更低的幅度规格。

信噪比 （SNR）

基于 GSM/EDGE 的系统 SNR 要求同样可以从 GSM/EDGE Tx 掩码导出（图 1）。在频率偏移为≥80MHz时，最差情况下噪声水平为-6dBc，假设测量带宽为100kHz，则每赫兹的最小噪声密度计算如下：

信噪比 = --80dB - 10 × log10(100 × 10³Hz)
信噪比 =-130dB/Hz

由于随机DAC噪声会增加杂散音和其他电路元件的随机噪声，因此建议将规格限值降低约10dB，以允许这些额外的噪声贡献，同时保持符合GSM/EDGE模板值。

 

运营商数量	载波振幅	DAC 信噪比要求
2	-12dBFS	-152dBFS/赫兹
4	-18dBFS	-158dBFS/赫兹
8	-24dBFS	-160dBFS/赫兹

 

互调失真 （IMD） 和多音功率比 （MTPR）

为多载波GSM/EDGE系统的Tx路径选择DAC的其他关键因素是转换器能够提供卓越的IMD和MTPR性能。指定频段中的多个载波将在各个载波频率之间产生不需要的互调失真。多音测试矢量通常由几个等间距的载波组成，通常为四个，振幅相同。这些载波中的每一个都代表定义的目标带宽内的信道。为了验证MTPR，需要去除一个或多个音调，以便评估DAC的互调失真性能。与DAC相关的非线性会产生杂散音，其中一些可能会回落到去除的音调区域，从而限制通道的载噪比。落在目标频带之外的其他杂散元件也可能很重要，具体取决于系统的频谱模板和滤波要求。回到GSM / EDGE Tx掩码，相邻运营商的IMD规范在不同的GSM标准之间有所不同。对于 PCS1800 和 GSM850 标准，DAC 必须满足 -70dBc 的平均 IMD。

下表总结了基于四载波GSM/EDGE的系统中整个Tx信号链的动态性能要求，并将先前建立的转换器要求与新一代高动态性能DAC进行了比较。

 

规范	发射输出电平	带裕量的 DAC 要求	MAX5195规格参数
SFDR	80分贝至 83分贝	88分贝	83分贝¹
信 噪 比	-133分贝/赫兹	-158dBFS/赫兹	-160dBFS/赫兹
Carrier	-70分贝	-75分贝	-77分贝
载波振幅	不适用	-18dBFS	-18dBFS

 

14位、260Msps MAX5195是首款DAC，完全兼容4载波GSM/EDGE信号生成。它提供出色的动态性能，并满足所有GSM/EDGE频谱模板要求。

四音MTPR图（图2）展示了DAC出色的动态性能。中心频率（f中心= 48.9583MHz）已被移除，以允许检测和分析从相邻通道回落到该空点的互调或杂散分量。在25MHz带宽上观察到四个载波，并且在1MHz处等距。根据GSM/EDGE频谱模板，输出幅度已回退-18dBFS。在这些条件下，DAC产生-77dBc的IMD和-78dBc的MTPR。

图2.该频谱图描绘了MAX5195在fCENTER = 48.9583MHz和fCLK = 260MHz时的四音MTPR性能，符合最关键的GSM/EDGE规范。

结论

从系统角度来看，DAC能够在多音条件下保持高动态性能，从而简化了发射器路径设计。传统上，基站系统将在每个发射通道使用一个转换器。然而，现在具有足够高多音性能的DAC将有助于简化发送器架构，并通过减少此类系统所需的DAC数量来减少电路板空间和成本。

审核编辑：郭婷