ZHCT850 September 2024 ADC32RF52 , ADC32RF54 , ADC32RF55 , ADC34RF52 , ADC34RF55 , DAC39RF10 , DAC39RF10EF , DAC39RF12 , DAC39RFS10 , DAC39RFS10EF , DAC39RFS12 , DDS39RF10 , DDS39RF12 , DDS39RFS10 , DDS39RFS12
2 什么是跳頻？
在現(xiàn)代通信系統(tǒng)（如 Wi-Fi? 6 和 7 或正交振幅調(diào)制 (QAM) 編碼信號）中，頻譜本質(zhì)上是多頻帶，也就是說射頻 (RF) 域在每個頻帶內(nèi)包含多個通道。例如，Wi-Fi 6 和 7 在同一頻段內(nèi)的多個通道上運行，以便更大程度地動態(tài)提高帶寬和數(shù)據(jù)吞吐量，而 QAM 則涉及將數(shù)據(jù)編碼為單個通道內(nèi)的不同相位偏移和振幅級別。圖 1 顯示了包含 7 個 QAM 通道的示例頻帶。
圖 1 頻域中的多音調(diào)信號。直接射頻采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 結(jié)合了許多數(shù)字特性。實現(xiàn)直接射頻采樣的最重要特性之一是 ADC 中的數(shù)字下變頻器 (DDC) 和 DAC 中的數(shù)字上變頻器 (DUC)。
在 ADC 中，DDC 由三個主要元件組成：NCO、數(shù)字混頻器和抽取器塊。NCO 在傳統(tǒng)接收器信號鏈中用作本地振蕩器的數(shù)字版器件，與輸入信號混合，在基帶（奈奎斯特區(qū) 1）中提供信號以及不需要的圖像。抽取器塊通過有限脈沖響應(yīng) (FIR) 抽取濾波器濾除圖像，然后通過下采樣降低信號帶寬。抽取器塊與中頻 (IF) 濾波器具有等效的數(shù)字效果。
在 DAC 中，DUC 包含一個內(nèi)插器、一個 NCO 和一個數(shù)字混頻器。與 ADC 中不同，內(nèi)插器對低帶寬輸入信號進行向上采樣，然后通過 FIR 濾波器傳遞以抑制圖像。在內(nèi)插器級之后，輸出信號饋送到數(shù)字混頻器，與 NCO 混合，從而使 DAC 能夠在具有較低輸入信號帶寬的寬奈奎斯特區(qū)上運行。
在射頻采樣轉(zhuǎn)換器的給定輸入上激活的 DDC 數(shù)量，決定了轉(zhuǎn)換器是在單頻帶輸出下運行還是多頻帶輸出下運行。本文將重點介紹跳頻的 ADC 內(nèi)容。
圖 2 展示了德州儀器 (TI) ADC32RF55 的 DDC 示例。該器件是一款射頻采樣 ADC，能夠以 3GSPS 的速率進行雙通道、四頻帶運行。
圖 2 ADC32RF55 的功能方框圖（每個通道四個 DDC）。通常，所需的頻帶可能會發(fā)生變化：同一個射頻采樣轉(zhuǎn)換器只需調(diào)整 NCO 頻率即可匹配新的頻段，而無需為每個頻段切換完全不同的信號鏈。這是現(xiàn)代射頻采樣轉(zhuǎn)換器的一項主要優(yōu)勢。將 NCO 從一個頻率更改為另一個頻率的行為稱為跳頻。
NCO 不直接生成模擬頻率，而是以高分辨率生成所需頻率的數(shù)字表示。每個 NCO 接收一個數(shù)字字（通常為 48 位或更高）。與 NCO 相位累加器組合使用時，該數(shù)字字可以表示適合數(shù)字混合級的信號。在對 NCO 編程時，對應(yīng)于所需 IF 的數(shù)字表示形式是編程的內(nèi)容，而不是實際頻率。NCO 頻率范圍通常在 –Fs/2 和 Fs/2 之間，其中 Fs 表示轉(zhuǎn)換器的采樣頻率。負頻率字用于偶數(shù)奈奎斯特區(qū)的信號，而正頻率字用于奇數(shù)奈奎斯特區(qū)的信號。
要確定高階 NCO 頻率在基帶中的位置，首要任務(wù)是在目標頻率與采樣率之間執(zhí)行模數(shù)運算，以消除 Fs 的任意倍數(shù)?，F(xiàn)在，目標 NCO 頻率介于 0Hz 和轉(zhuǎn)換器采樣率 Fs 之間。
如果 NCO 頻率小于奈奎斯特頻率 (Fs/2)，則目標 NCO 頻率將轉(zhuǎn)換為奇數(shù)奈奎斯特區(qū)，如方程式 1所示：
如果計算出的 NCO 頻率高于奈奎斯特頻率，則該頻率將位于偶數(shù)奈奎斯特區(qū)，如方程式 2 所示：
圖 3顯示了基頻信號 (Fund) 及其二階、三階和四階諧波（HD2、HD3 和 HD4）如何折回第一奈奎斯特區(qū)，盡管實際頻率分量位于更高階的奈奎斯特區(qū)。
圖 3 諧波穿過高階奈奎斯特區(qū)折疊到奈奎斯特區(qū) 1。與傳統(tǒng) ADC 相比，射頻采樣 ADC 的一個優(yōu)勢是無需更改硬件即可切換頻段。這種固有的靈活性使射頻采樣 ADC 能夠快速適應(yīng)新的頻帶，而無需增加硬件元件，從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計，并降低了成本。然而，這一發(fā)展不是一蹴而就的。在射頻采樣 ADC 的早期設(shè)計中，每個 NCO 和后續(xù) DDC 只提供了一個 NCO 字選項。因此，跳轉(zhuǎn)到另一個頻率需要多次寄存器寫入操作。
新 NCO 字必須通過串行外設(shè)接口 (SPI) 寫入，然后再寫入另一個寄存器，以便將新 NCO 字推入 DDC 塊，使其實際生效。跳頻所需的時間受多個因素影響，包括 NCO 字的長度和 SPI 事務(wù)速度。ADC 的寄存器大小通常限制為 8 位，因此總共需要七次寄存器寫入才能更新 48 位 NCO：六次寄存器寫入用于 NCO 字本身，另一次寄存器寫入用于更新 DDC。
考慮到每個 SPI 事務(wù)的開銷（通常是每個寄存器寫入 16 位地址），事務(wù)時間將變?yōu)槿?。假設(shè) SPI 數(shù)據(jù)流的不間斷，當串行時鐘信號 (SCLK) 速率為 20MHz 時，方程式 3 計算的跳頻時間如下：