高速高精度ADC的研究与设计

王俊博

摘 要：当前来看，单独的ADC模拟输入带宽是存在限制的，其自带的混合滤波器组无法在模拟信号中采样。本文建立了一个低通滤波器和混频器基础之上的模型，并且从时间和频率这两个维度上建立了一个高速度、高精度的ADC系统，当前来看已经可以满足无线电以及雷达等多重需求了。

关键词：抽取器；ADC系统；混合滤波器组

ADC全名为模数转换器件，这个接口部件的作用是将模拟量向数字量转化，在二者之间起到了纽带作用。当前来看，超大规模集成电路的数量已经越来越多，制造工艺也在不断改善，其在性能上一直有所发展。当前来看，市面上2GSPS规格的模数转换器件已经比较常见，但从另一面来看，随着信息机数的发展，其已经不仅局限于通讯领域，在医学领域和宽带领域也都在精度上提出了更高的要求，所以ADC系统的要求越来越高，需要其提高速度并且提高精度。

可以说运行速度和精度是衡量一个ADC的重要标准，其中转换速度直接能够反映出这个模拟信号的带宽情况，其精度也决定着整个模拟信号的量化指数。就ADC结构来说，这两个参数可以说是一对矛盾，如果其速率高，就会早成精度的下降，而其精度提高则会给速度造成影响，这种特性给当前信息技术的发展带来了一定阻碍，所以我们有必要对旧有的技术进行改进，建立一个高精度、高速度的ADC系统。

1 关于混合滤波器组ADC系统

首先将受到的模拟信号进行分割，保证各子带的带宽相等，然后将各频带的信号来进行高精度采样，每个ADC系统使用的时钟为同一个，避免进行交替采样操作。但是由于有过渡带的存在，其采样处理操作无法满足实际使用的要求，在进行采样之后，信号会出现重叠现象。

虽然混合滤波器的ADC系统精度较高，但是其依然存在着一系列缺陷，例如最高频率依然无法符合使用需求，会直接导致信号被过滤而无法接收。

上图中第一个SHA可以带宽信号运用高速手段来进行离散，第二个SHA则可以进行抽取，所以这样看来，两个SHA共同完成调频信号处理工作。这种结构可以有效提高系统的运行速度，但是其结构对于控制顺序的要求很高，另外第一个SHA决定了系统的带宽，所以本文运用低筒滤波器以及混频器来替代SHA，以求解决带宽问题。

2 基于混频器和低通滤波器的抽取器模型

双SHA抽取器完成了宽带信号输入、高速采样和抽取的过程。只要基于混频器和低通滤波器的抽取器也具有这样的特征，那么用这种模型代替双SHA抽取器也就能够实现高速高分辨率ADC系统。基于混频器和低通滤波器的抽取器模型如图3所示。

输入信号为经过频带分割后的子带信号（带通信号）。首先通过混频器将信号频谱搬移到零频附近，后一级的低通滤波器滤除混频器输出信号中的镜像成分，保留零频附近的子带信号。其上限频率小于单个ADC的模拟输入带宽。图3所示的第2个混频器（抽取器）是ADC内部的SHA抽取器，它同时完成信号的调制和降采样率两个过程。

3 基于混合滤波器组的高速高精度ADC系统

用混频器和低通滤波器代替双SHA抽取器可以消除单个ADC模拟输入带宽不够造成的瓶颈其结构如图5所示。

ADC系统结构在图5中，第1个子通道也使用了H（s），它主要抵消其他通道H（s）线性相位所产生的延时，便于数字部分准确重建。

结束语

当前信息技术发展比较迅速，ADC器件其一方面提高了采样率，另一方面其分辨率也有了很大的提高。基于混合滤波器组的ADC系统其虽然模数转换的分辨率和精度较高，但是其带宽存在一些限制，所以这种结构难以直接量化GHz的模拟信号。本文采用了UWB数字接收机的运作模式，建立了一个低通滤波抽取器和混频器的数学模型，并且对以时间和频率这两个维度对这个模型进行解析。这样一来，ADC系统就得到了更新，其带宽不足的问题也就得到了解决，高速高精度模数转换也就成为了可能。

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