A/D转换器在数字接收机中的应用

徐卫合 陈莲英

摘要：模數转换器（A/D转换器）是实现数字接收机的基础，它的性能及使用情况对整个数字接收机的性能都会产生重要影响。文中介绍了A/D转换器的基本工作过程，提出了数字接收机中数据采集部分使用A/D转换器的一般要求和注意事项。

关键词：A/D转换器；数字接收机；数据采集；信噪比随着数字技术和集成电路的飞速发展，各种大规模芯片如DSP、FPGA、DDS等的快速应用使得数字接收机的实现成为了可能，并有逐渐取代模拟接收机的趋势。数字接收机就是把输入的射频信号或中频信号直接通过A/D转换后的数据储存起来，再运用数字信号处理技术进行处理的一种接收机。A/D转换器是决定数字接收机整体性能的关键器件之一。其有效字长和采样最高速率是影响数字接收机的动态范围和带宽的关键参数。A/D转换器越靠近接收机前端则数字化程度越高，不过受高速数字处理电路目前技术上的限制很难做到比较经济地在较高的射频上实现转换处理。

1A／D转换器的工作过程

A/D转换器就是把模拟信号转换成数字信号的电路，一般可分为四个阶段：即采样、保持、量化和编码。采样是将在时间上连续的模拟电信号转换成在时间上离散的数字信号，根据奈奎斯特采样定理，如果采样信号频率大于或等于两倍的模拟信号最高频率成分，则可以用采样后的信号不失真地恢复这个模拟信号。要准确地数字化一个采样信号，就需要一段时间将采样所得的瞬时信号保持住，这称为保持过程。保持是把时间离散、数值连续的信号转变成时间连续、数值离散的信号。虽然逻辑上保持器应该是一个相对独立的单元，但实际上总是和采样器做到一起，两者合称为采样保持器。采样输出信号处于保持期间时可以进行量化编码。量化是将时间连续、数值离散的信号转化为时间离散、幅度离散的信号；编码是把量化后的信号进行编码，以形成二进制代码供输出。至此就完成了A／D转换，这些个过程通常都是合并进行的。随着芯片和数字技术的发展，这些过程完全可以做在一个芯片内完成，甚至一个芯片内可以完成数个A/D转换。例如，美国ADI公司的AD9238芯片就集成了两个高性能采样保持放大器和一个基准电压源。它采用多级差分流水线架构，内置输出纠错逻辑，在最高65 MSPS数据速率时可提供12位精度，并保证在整个工作温度范围内无失码。

2A/D转换器在数字接收机中的使用

数字接收机中数据采集一般选用高速大动态A/D转换器，力求转换时做到大动态、低失真、低功耗。在使用A/D转换器时为了满足这些要求，必须考虑在进行数据采集时数据采集各部分电路对A/D转换性能的影响和采取的必要措施。一般的数据采集电路如图1所示。

从图中可以看出，在A/D转换器前应当有滤除采样带宽外的信号及噪声，以免频谱混叠的带通滤波器。同时还要有驱动电路将A/D器件与前级隔离，同时对后级A/D器件进行输入信号电压范围内的适配。驱动电路中的宽带放大器带宽要宽，幅频特性要平坦，失真要小。在A/D转换器之后与RAM之间要考虑匹配缓冲。

采样时钟的稳定性是关键之一。时钟的相位抖动会造成整个A/D转换器的信噪比下降。图2中给出了某系统相位抖动、SNR（信噪比）、ENOB（有效转换位数）之间的关系。从图中可以看出仅当时钟本身抖动ti为1ps时才能满足信噪比要求，随着抖动的增大造成了系统的性能迅速下降的恶果。所以时钟信号本身的相位噪声尽可能要小，其和A/D器件之间不应有别的器件，要单独供电，在传输路径、共用电路等方面尽可能避免外部因素带来的噪声。

A/D转换器是连接模拟部分和数字部分的桥梁，对数字接收机的性能有着直接的影响。除了上面电路应用方面的考虑以外，还要对印制板的设计布局做周密的安排。通常，一个组件之内往往有多路A/D转换，为了避免之间的相互干扰，器件布局、走线应安排得当。模拟数字部分尽量分开布局；各部分实行单独提供电源，电源要进行滤波处理；数字地与模拟地分开，各自形成回路；器件本身发热量大，散热问题也要考虑。

本文阐述了A/D转换的工作过程，说明了A/D转换器在数字接收机中的作用和重要性、对系统性能的影响和设计应用时注意的事项。

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