最新RF DAC 的开发让软件定义无线电更进一步

摘要
高速数据转换器用于通信应用已有多年，它存在于很多设备 中，这些设备组成了我们的互连世界—从蜂窝手机基站，到 有线电话前端设备，再到雷达和专业通信系统。最近的技术 进步使高速数据转换器的时钟速率具有越来越高的频率。这 些时钟速率较高的数据转换器与JESD204B高速串行接口配合 使用，使DAC的有效控制和输出数据的传输得已实现。形成 了一种全新的转换器类型，称为RF（射频）数据转换器。它 们可以直接频率合成或捕捉RF信号，无需使用具有模拟无线 电链路的传统上变频或下变频。
 

本文重点讨论最新的RF数模转换器 (RF DAC) 系列产品— AD9162和AD9164，及其扩展软件定义无线电 (SDR) 定义的 能力。AD9164使RF DAC产品达到了全新的性能等级，让传 统的无线电设计相比前代的RF或IF类DAC更高效。世界一流 的性能加上丰富的功能让AD9164成为系统之间开关无线电的 首选，并向真正的软件定义无线电前进了一步。

简介
传统无线电设备使用高速数据转换器以及正交调制器作为有 线和无线通信链路的主要构建模块。经典的外差、超外差和 直接变频架构中发送器和接收器对于数据转换器的要求是相 同的，突破了数字处理到真实世界中的模拟信号和模拟信号 到数字处理之间的界限。数据转换器技术的进步连同滤波器 技术和功率放大器技术一起，奠定了无线电设计进步的基础。

采用一组基带高速ADC构建的经典无线电发送器如图1所示。 数字基带数据通过两个同步高速数据转换器发送，同相数据 通过I DAC，正交数据通过Q DAC。DAC输出至正交调制器。 取决于调制器的类型，输出可以是低中频（比如200 MHz至 400 MHz），也可以是较高的IF频率（比如500 MHz至1 GHz）， 甚至RF频率（1 GHz至5 GHz范围）。图中显示了后续上变频至 实际的最终频率。输出信号采用带通滤波器进行滤波，然后通 过功率放大器和另一个带通滤波器发送（可集成在双工器内）。

图1. 使用高速数据转换器的经典超外差发送器图例。

这类架构常见的瞬时发送带宽为几十至几百MHz，主要受转 换器、功率放大器和滤波器带宽的限制。对于最新的E频段微 波回传无线电等系统来说这是不够的，这类系统要求500 MHz、1 GHz甚至2 GHz无线电通道带宽。如果考虑使用无线 基础设施基站（举例而言）中可能采用的多频段无线电，可 能需要同等宽度的500 MHz或700 MHz，甚至1 GHz，用来覆 盖部分频段组合。采用两个传统射频通道也许可以满足要求， 每频段使用一个射频通道。无论出于成本、尺寸或是其它因 素的考虑，将多个射频通道合成一个射频通道是更适合需求 的一个方案。此时便需要一种新的方法来实现。

高速数据转换器的技术发展长期侧重于提高数据转换器速率， 同时保持性能指标不变。性能指标包括噪声频谱密度 (NSD) 和无杂散动态范围 (SFDR) 等项目。交调失真 (IMD) 亦很重 要—无论是单音信号还是调制信号， 比如GSM、3G (WCDMA)、4G (OFDM) 和使用256 QAM的有线应用等普遍 使用的无线通信系统中的信号。

较高的数据转换速率能为无线电设计人员提供多项优势。首 先，信号镜像被推向更高的频率，使模拟重建滤波器的设计 更简单、更可靠。此外，更高的更新速率创造出更宽的第一 奈奎斯特区，进而使转换器可直接合成更高的输出频率。当 直接频率合成的信号足够高的时候，整个的模拟频率变换， 或者上变频器就可以从无线电设备中移除。简化频率规划， 降低无线电的功耗并缩小尺寸。更高的更新速率增加了带宽， 量化噪声可以扩展到更宽的有用带宽内，使处理设备获得了 更好性能的发射噪声频谱密度。

随着CMOS处理技术的进步，在数据转换器中加入信号处理 功能也变得十分普遍。DAC中增加的NCO和插值器特性集减 少了实现这些特性的FPGA或ASIC的负担和功耗，同时DAC 相比没有这些特性集时的数据传输速率要求更低。较低的数 据速率降低了系统总功耗，某些情况下使数据芯片（布速范 围最高300 MHz至400 MHz）得以跟上转换器的速度。在芯片 上集成NCO可实现无线电的第一奈奎斯特区频率在数字域中 的转换，因此当今无线电设计中通常采用数百MHz的中等频 率，这是因为数据转换器中集成了NCO和插值器。