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ADC和DAC的性能介绍和在射频通信的应用说明
罗星
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随着精密的光刻技术不断在一定芯片面积上实现更多的晶体管，数字技术水平也在不断提升。这些进步将对射频和微波设计带来巨大影响。例如，高速模数转换器（ADC）就为软件定义无线电（SDR）架构的实现铺平了道路，SDR被广泛运用于从蜂窝基站到军用无线电等众多应用中。由于有了高性能数模转换器（DAC），高精度、宽动态范围的复杂波形才得以生成。
从性能看ADC和DAC
从性能方面看，ADC和DAC是最多样化的电子元件产品之一。可从时钟速率、频率范围、位分辨率、噪音水平，功耗和动态范围等各项性能指标来甄选一款转换器。转换器产品包括面向音频应用的低频24位分辨率转换器、面向控制应用的较低分辨率、较低频率转换器，以及面向医疗、军事、无线通信应用的高分辨率、高性能转换器。对于这类产品，一个基本的取舍是精度与频率：期望的频率范围越宽，可用的位分辨率就越低。例如，24位ADC和DAC的频率都在100kHz左右，而工作在1GHz 的转换器其最高分辨率约为16位。理想情况下，模拟信号进入ADC，再传送至具有相同带宽和精度的DAC后，从该DAC输出的模拟信号应等同于原始信号。但是，与模拟器件一样，数字器件也同样受到物理和制造方面的限制，这些限制包括：基底和导体信号损耗、制造公差，以及作为转换过程一部分的由阻抗不匹配造成的信号衰减。此外，转换器的位分辨率决定着用于描述模拟信号的数字状态的数量。对于DAC来说，由256个数字状态重构的波形比由1*位）个数字状态重构的波形更接近于原初信号波形。但某些应用可能只需要几个数字位的分辨率，成本是选择ADC和DAC时的另一个权衡因素，位分辨率越高、成本也越高。转换器的最低有效位（LSB）决定着进入该转换器的峰值或满量程电压范围可被分割的最小步长。它也可用来作为转换器位精度的一种度量，通过微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）这两个参数表示。理想ADC的两个连续输出码之间仅相差1个 LSB，而DNL值为零。但由转换器的电路和封装引起的增益和相位变化将导致最低有效位发生一定程度的偏差，因此，现实应用中ADC和DAC的LSB会受到一定程度的影响，用DNL和INL规范衡量这种偏差。美信（Maxim）公司的应用笔记641包括了与转换器相关的术语表（包括DNL和INL的简明定义）；此外，美信公司的应用说明书283讲述了DNL和INL的测量方法。随着便携式电子设备越来越多地用于个人和专业用途，转换器制造商在不停地寻找新的设计策略以提高性能同时降低功耗。以亚德诺半导体（ADI）的AD9125为例，该方案在一个封装内集成了两个DAC。AD9125非常适合无线基础设施应用，例如在蜂窝基站内产生同相（I）和正交（Q）数字调制基带信号分量，这款16位转换器具有1GSPS的采样速率，可支持蜂窝基站的多载波信号生成。该DAC具有灵活的CMOS接口（见图）。可对该双DAC器件输出的信号进行滤波，然后馈送至模拟正交调制器（AQM），再经功率放大器放大后在蜂窝站点进行传输。这款双DAC器件在800MSPS采样频率下产生一个70MHz中频输出，可实现-72dBc的无杂散动态范围（SFDR）。在相同采样速率下，对于100MHz输出，双音互调失真（IMD）为81dBc。在精度方面，AD9125的DNL和INL的典型值分别为±2.1LSB和±3.7LSB。
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