Kas vyksta su skaitmeniniais žemyn keitikliais – 2 dalis

Pirmoje šio straipsnio dalyje „Kas vyksta su skaitmeniniais žemyn keitikliais – 1 dalis“ apžvelgėme pramonės pastangas atrinkti aukštesnius dažnius aukštesnio dažnio RF juostose ir kaip skaitmeniniai žemyn keitikliai (DDC) gali įgalinti tokio tipo radijo architektūrą. Buvo aptarti keli techniniai aspektai, susiję su DDC, esančiu AD9680 produktų šeimoje. Vienas iš tokių aspektų buvo tas, kad didesnis įvesties diskretizavimo dažnių juostos plotis leidžia sukurti radijo architektūrą, kuri gali tiesiogiai imti diskretinius aukštesnius RF dažnius ir konvertuoti įvesties signalus tiesiai į bazinę juostą. DDC leidžia RF mėginių ėmimo ADC skaitmeninti tokius signalus be didelių duomenų pralaidumo išlaidų. DDC esantis derinimo ir nuskaitymo filtravimas gali būti naudojamas norint sureguliuoti įvesties juostą ir filtruoti nepageidaujamus dažnius. Šioje dalyje atidžiau pažvelgsime į dešimtainio filtravimą ir pritaikysime jį pavyzdžiui, kuris buvo aptartas 1 dalyje. Be to, pažvelgsime į „Virtual Eval“, kuriame ADIsimADC variklis įtrauktas į naują ir atnaujintą programinės įrangos modeliavimo įrankį. „Virtual Eval“ bus naudojamas norint parodyti, kaip imituotas rezultatas atitinka išmatuotus pavyzdžio duomenis. 1 dalyje apžvelgėme pavyzdį, kai naudojome NCO ir decimacijos filtravimą DDC, kad pamatytume dažnio lankstymo ir vertimo DDC poveikį. Dabar atidžiau pažvelgsime į dešimtainio filtravimo metodą ir kaip ADC slapyvardis įtakoja efektyvų dešimtainio filtravimo atsaką. Dar kartą pažvelgsime į AD9680 kaip pavyzdį. Dešimtumo filtro atsakai normalizuojami taip, kad atsakas būtų matomas ir suprastas bei gali būti taikomas kiekvienam greičio lygiui. Dešimtumo filtro atsakai tiesiog keičiasi su mėginių dažniu. Čia įtrauktuose filtro atsako grafikuose specifinis įterpimo nuostolis vs. dažnis nėra tiksliai nurodytas, bet vaizdžiai parodytas apytikslis filtro atsakas. Šie pavyzdžiai skirti aukšto lygio supratimui apie dešimtainio filtro atsakymus, kad būtų galima apytiksliai suprasti, kur yra filtro praėjimo juosta ir sustabdymo juosta. Prisiminkite, kad AD9680 turi keturis DDC, kuriuos sudaro NCO, iki keturių pakopinių pusės juostos (HB) filtrų (kurie taip pat bus vadinami dešimtainiais filtrais), pasirenkamas 6 dB stiprinimo blokas ir pasirenkamas kompleksas į tikrą konvertavimą blokas, kaip parodyta 1 paveiksle. Kaip aptarėme 1 dalyje, signalas pirmiausia praeina per NCO, kuris keičia įvesties tonus dažniu, tada eina per dešimtainį, pasirinktinai per stiprinimo bloką ir pasirinktinai per kompleksą į tikrą konvertavimą. 1 pav. DDC signalo apdorojimo blokai AD9680. Pradėsime žiūrėdami į DDC dešimtinimo filtrus, kai AD9680 įjungtas kompleksinio konvertavimo į tikrąjį blokas. Tai reiškia, kad DDC bus sukonfigūruotas priimti tikrą įvestį ir turėti realią išvestį. AD9680 sudėtingas ir tikrasis konvertavimas automatiškai perkelia įvesties dažnius aukštyn, lygiu fS/4. 2 paveiksle parodyta HB1 filtro žemųjų dažnių reakcija. Tai HB1 atsakas, rodantis tikrąjį ir sudėtingą domeno atsaką. Norint suprasti tikrąjį filtro veikimą, pirmiausia svarbu pamatyti pagrindinį filtro atsaką realiose ir sudėtingose ​​srityse, kad būtų galima pamatyti žemųjų dažnių atsaką. HB1 filtro pralaidumo juosta yra 38.5% tikrosios Nyquist zonos. Jame taip pat yra stabdymo juosta, kuri sudaro 38.5% tikrosios Nyquist zonos, o pereinamojo laikotarpio juosta sudaro likusius 23%. Panašiai kompleksinėje srityje pralaidumo juosta ir stabdymo juosta sudaro 38.5% (iš viso 77%) kompleksinės Nyquist zonos, o pereinamojo laikotarpio juosta sudaro likusius 23%. Kaip parodyta 2 paveiksle, filtras yra veidrodinis vaizdas tarp tikrojo ir sudėtingo domenų. 2 pav. HB1 filtro atsakas - tikras ir sudėtingas domeno atsakas. Dabar galime stebėti, kas atsitinka, kai įjungiame DDC į realų režimą, įgalindami komplekso ir tikro konvertavimo bloką. Įjungus kompleksinį konvertavimą į tikrąjį, dažnių srityje pasikeičia fS/4. Tai parodyta 3 paveiksle, kuriame parodytas dažnio poslinkis ir gaunamas filtro atsakas. Atkreipkite dėmesį į ištisines ir punktyrines filtro atsako linijas. Ištisinė linija ir tamsintas plotas rodo, kad tai yra naujas filtro atsakas po fS/4 dažnio poslinkio (gautas filtro atsakas negali kirsti Nyquist ribos). Punktyrinės linijos pateiktos iliustracijai, kad parodytų filtro atsaką, kuris egzistuotų, jei ne įeitų į Nyquist ribą. 3 pav. HB1 filtro atsakas – tikrasis DDC režimas (įjungtas sudėtingas konvertavimas į tikrąjį). Atkreipkite dėmesį, kad HB1 filtro pralaidumas išlieka nepakitęs tarp 2 ir 3 paveikslų. Skirtumas tarp šių dviejų yra fS/4 dažnio poslinkis ir gaunamas centrinis dažnis pirmoje Nyquist zonoje. Tačiau atkreipkite dėmesį, kad 2 paveiksle mes turime 38.5 % Nyquist tikrajai signalo daliai ir 38.5 % Nyquist kompleksinei signalo daliai. 3 paveiksle, kai įjungtas kompleksinio konvertavimo į realų blokas, 77% Nyquist skirta tikram signalui, o kompleksinis domenas buvo atmestas. Filtro atsakas išlieka nepakitęs, išskyrus fS/4 dažnio poslinkį. Be to, atkreipkite dėmesį į šios konversijos produktą, kad dešimtainis rodiklis dabar yra lygus vienam. Efektyvus imties dažnis vis dar yra fS, tačiau vietoj visos Nyquist zonos Nyquist zonoje yra tik 77% turimo pralaidumo. Tai reiškia, kad naudojant HB1 filtrą ir įjungus sudėtingą ir realų konversijos bloką, dešimtainis rodiklis yra lygus vienam (daugiau informacijos rasite AD9680 duomenų lape). Toliau apžvelgsime skirtingų dešimtainių dažnių filtrų atsakymus (tai yra, įgalindami kelis pusės juostos filtrus) ir kaip ADC įvesties dažnių slapyvardžiai paveikia efektyvius decimavimo filtrų atsakus. Tikrasis HB1 dažnio atsakas parodytas ištisine mėlyna linija 4 paveiksle. Brūkšninė linija rodo veiksmingą HB1 slapyvardžio atsaką dėl ADC slapyvardžio efektų. Dėl to, kad dažniai įvedami į 2, 3, 4 ir kt. Nyquist zonos slapyvardžiu įeina į 1-ąją ADC Nyquist zoną, HB1 filtro atsakas veiksmingai pakeičiamas į šias Nyquist zonas. Pvz., Signalas, esantis 3fS/4, bus įvestas į pirmąją Nyquist zoną fS/4. Svarbu suprasti, kad HB1 filtro atsakas yra tik pirmoje Nyquist zonoje ir kad būtent ADC slapyvardžio pakeitimas lemia efektyvų HB1 filtro atsaką, atrodo, kad jis yra pakeistas į kitas Nyquist zonas. 4 pav. HB1 efektyvus filtro atsakas dėl ADC slapyvardžio. Dabar pažvelkime į atvejį, kai įjungiame HB1 + HB2. Dėl to dešimtainis santykis yra du. Vėlgi, faktinis HB1 + HB2 filtrų dažnio atsakas pateikiamas ištisine mėlyna linija. Centrinis filtro praėjimo dažnis vis dar yra fS/4. Įjungus abu HB1 + HB2 filtrus, gaunamas 38.5 % Nyquist zonos pralaidumas. Dar kartą atkreipkite dėmesį į ADC slapyvardžio poveikį ir jo poveikį HB1 + HB2 filtrų deriniui. Signalas, kuris pasirodo ties 7fS/8, pateks į pirmąją Nyquist zoną ties fS/8. Taip pat signalas, esantis 5fS/8, pateks į pirmąją Nyquist zoną ties 3fS/8. Šiuos pavyzdžius, kai įjungtas kompleksinis konvertavimo blokas į tikrąjį, galima lengvai išplėsti iš HB1 + HB2, kad būtų įtrauktas vienas arba abu HB3 ir HB4 filtrai. Atminkite, kad HB1 filtro negalima apeiti, kai įjungtas DDC, o HB2, HB3 ir HB4 filtrus galima įjungti pasirinktinai. 5 pav. HB1 + HB2 efektyvus filtro atsakas dėl ADC slapyvardžio (decimacijos koeficientas = 2). Dabar, kai buvo aptartas tikrojo režimo veikimas su įjungtais skilimo filtrais, dabar galima išnagrinėti sudėtingą veikimo režimą su DDC. AD9680 ir toliau bus naudojamas kaip pavyzdys. Panašiai kaip ir realiame DDC režime, bus pateikti normalizuoti dešimtainio filtro atsakymai. Vėlgi, čia pateikiami pavyzdiniai filtro atsako diagramos nerodo konkretaus įterpimo praradimo ir palyginimo. dažnį, bet vietoj to jie vaizdžiai rodo apytikslį filtro atsaką. Tai daroma siekiant aukšto lygio supratimo apie tai, kaip filtro atsakus veikia ADC slapyvardis. Kai DDC veikia sudėtingu režimu, jis sukonfigūruotas taip, kad būtų sudėtinga išvestis, kurią sudaro realūs ir sudėtingi dažnių domenai, paprastai vadinami I ir Q. Prisiminkite iš 2 paveikslo, kad HB1 filtras turi žemo dažnio atsaką, kurio praėjimo juosta yra 38.5% tikrosios Nyquist zonos. Jame taip pat yra stabdymo juosta, kuri sudaro 38.5% tikrosios Nyquist zonos, o pereinamojo laikotarpio juosta sudaro likusius 23%. Panašiai sudėtingoje srityje praėjimo juosta ir stabdymo juosta sudaro 38.5% (iš viso 77%) kompleksinės Nyquist zonos, o pereinamoji juosta sudaro likusius 23%. Kai DDC veikia sudėtingu išvesties režimu, kai įjungtas HB1 filtras, decimacijos koeficientas yra lygus dviem, o išvesties diskretizavimo dažnis yra pusė įvesties mėginio laikrodžio. Išplėsdami diagramą iš 2 paveikslo, kad parodytumėte ADC slapyvardžio poveikį, gauname tai, kas parodyta 6 paveiksle. Ištisinė mėlyna linija rodo tikrąjį filtro atsaką, o punktyrinė mėlyna linija rodo veiksmingą filtro atsaką su slapyvardžiu dėl ADC slapyvardžio efektų. Įvesties signalas, esantis 7fS/8, pateks į pirmąją Nyquist zoną ties fS/8, įtraukiant jį į HB1 filtro pralaidumo juostą. Sudėtingas to paties signalo vaizdas yra –7fS/8, o kompleksiniame domene bus vadinamas –fS/8, įtraukiant jį į HB1 filtro pralaidumo juostą kompleksiniame domene. 6 pav. HB1 efektyvus filtro atsakas dėl ADC slapyvardžio (dešimtainis dažnis = 2) - sudėtingas. Toliau apžvelgsime atvejį, kai įjungtas HB1 + HB2, kuris parodytas 7 paveiksle. Dėl to kiekvienos I ir Q išvesties dešimtainis santykis yra keturi. Vėlgi, faktinis HB1 + HB2 filtrų dažnio atsakas pateikiamas ištisine mėlyna linija. Įjungus abu HB1 ir HB2 filtrus, pasiekiamas 38.5 % sumažintos Nyquist zonos pralaidumas kiekviename realiame ir sudėtingame domene (38.5 % fS/4, kur fS yra įvesties mėginio laikrodis). Atkreipkite dėmesį į ADC slapyvardžio poveikį ir jo poveikį HB1 + HB2 filtrų deriniui. Signalas, kuris pasirodo ties 15fS/16, pateks į pirmąją Nyquist zoną ties fS/16. Šis signalas turi sudėtingą vaizdą esant –15fS/16 sudėtingame domene ir slapyvardžiu patenka į pirmąją komplekso domeno „Nyquist“ zoną esant –fS/16. Dar kartą šiuos pavyzdžius galima išplėsti tais atvejais, kai įjungti HB3 ir HB4. Šiame straipsnyje jie nerodomi, tačiau juos galima lengvai ekstrapoliuoti, remiantis 1 paveiksle pavaizduotu HB2 + HB7 atsaku. 7 pav. HB1 + HB2 efektyvus filtro atsakas dėl ADC slapyvardžio (decimacijos koeficientas = 4) - sudėtingas. Kai kurie klausimai, kurie ateina į galvą žiūrint į visus šiuos filtrų atsakymus, gali būti tokie: „Kodėl mes mažiname“? ir "Kokį pranašumą tai suteikia?" Skirtingoms programoms taikomi skirtingi reikalavimai, kuriems gali būti naudinga išnaikinti ADC išvesties duomenis. Viena iš motyvų yra gauti signalo ir triukšmo santykį (SNR) siauroje dažnių juostoje, kuri yra RF dažnių juostoje. Kita priežastis yra mažesnis apdorojimo pralaidumas, todėl JESD204B sąsajoje sumažėja išvesties juostų sparta. Tai leidžia naudoti pigesnę FPGA. Naudodamas visus keturis decimacijos filtrus, DDC gali padidinti apdorojimo stiprinimą ir pagerinti SNR iki 10 dB. 1 lentelėje matome galimą dažnių juostos plotį, decimacijos santykį, išvesties atrankos dažnį ir idealų SNR patobulinimą, kurį siūlo skirtingi decimavimo filtrų pasirinkimai, kai DDC veikia realiu ir sudėtingu režimu. 1 lentelė. DDC filtro charakteristikos AD9680 dešimtainio filtro parinkimui Kompleksinė išvestis Tikroji išvesties slapyvardis Apsaugotas pralaidumas Idealus SNR patobulinimas Decimation Ratio 1 × fS 2 HB0.5 + HB1 + HB0.385 1 1 × fS 2 4 × fS 0.25 × fS 2 HB0.5 + HB0.1925 + HB4 + HB1 2 3 × fS 8 0.125 × fS 4 0.25 × fS0.09625 7 × fS1. įžvalgos apie realius ir sudėtingus AD2 dešimtainių filtrų veikimo būdus. Yra keletas privalumų, kuriuos siūlo dešimtainio filtravimo naudojimas. DDC gali veikti realiu arba sudėtingu režimu ir leisti vartotojui naudoti skirtingas imtuvo topologijas, atsižvelgiant į konkrečios programos poreikius. Dabar tai galima sujungti su tuo, kas buvo aptarta 1 dalyje, ir padėti pažvelgti į tikrą AD9680 pavyzdį. Šiame pavyzdyje išmatuoti duomenys bus sujungti su modeliuotais Virtual Eval™ duomenimis, kad būtų galima palyginti rezultatus. Šiame pavyzdyje bus taikomos tos pačios sąlygos, kurios buvo taikomos 1 dalyje. Įvesties imties dažnis yra 491.52 MSPS, o įvesties dažnis - 150.1 MHz. NCO dažnis yra 155 MHz, o decimacijos dažnis nustatytas į keturis (dėl NCO skiriamosios gebos tikrasis NCO dažnis yra 154.94 MHz). Dėl to išvesties imties dažnis yra 122.88 MSPS. Kadangi DDC atlieka sudėtingą maišymą, į analizę įtraukiamas sudėtingas dažnių domenas. Atkreipkite dėmesį, kad dešiminimo filtro atsakymai buvo pridėti ir 8 paveiksle parodyti tamsiai violetine spalva. 8 pav. Signalai, kai jie praeina per DDC signalo apdorojimo bloką – parodytas decimacijos filtravimas. Spektras po NCO poslinkio: Pagrindinis dažnis pasislenka nuo +150.1 MHz iki –4.94 MHz. Pagrindinis vaizdas keičiasi nuo –150.1 MHz ir apvyniojamas iki +186.48 MHz. 2-oji harmonika pasislenka nuo 191.32 MHz žemyn iki 36.38 MHz. 3 harmonika pasislenka nuo +41.22 MHz žemyn iki –113.72 MHz. Spektras po dešimties 2: Pagrindinis dažnis išlieka –4.94 MHz. Pagrindinio elemento vaizdas sumažėja iki –59.28 MHz ir yra susilpnintas HB2 decimacijos filtro. 2-oji harmonika išlieka 36.38 MHz. Trečiąją harmoniką slopina HB3 dešimtainis filtras. Spektras po dešimtosios: 4: pagrindinis išlieka –4.94 MHz. Pagrindinio vaizdo vaizdas išlieka –59.28 MHz, o jį slopina HB1 decimacijos filtras. 2-oji harmonika išlieka –36.38 MHz ir ją slopina HB1 decimacijos filtras. Trečiąją harmoniką filtruoja ir praktiškai pašalina HB3 decimacijos filtras. Faktinis AD9680-500 matavimas parodytas 9 paveiksle. Pagrindinis dažnis yra –4.94 MHz. Pagrindo vaizdas yra –59.28 MHz, o amplitudė –67.112 dBFS, o tai reiškia, kad vaizdas buvo susilpnintas maždaug 66 dB. Antroji harmonika veikia 2 MHz dažniu ir yra susilpninta maždaug nuo 36.38 dB iki 10 dB. 3 harmonika buvo pakankamai filtruojama, kad matavimo metu ji nepakiltų aukščiau triukšmo lygio. 9 pav. FFT kompleksinis signalo išėjimas po DDC, kai NCO = 155 MHz ir suyra 4. Dabar „Virtual Eval“ galima naudoti norint pamatyti, kaip imituoti rezultatai lyginami su išmatuotais rezultatais. Norėdami pradėti, atidarykite įrankį svetainėje ir pasirinkite ADC, kurį norite imituoti (žr. 10 pav.). „Virtual Eval“ įrankis yra „Analog Devices“ svetainėje „Virtual Eval“. AD9680 modelyje, esančiame „Virtual Eval“, yra nauja kuriama funkcija, leidžianti vartotojui imituoti skirtingus ADC greičio lygius. Ši funkcija yra labai svarbi pavyzdyje, nes pavyzdyje naudojamas AD9680-500. Įkėlus „Virtual Eval“, pirmasis raginimas yra pasirinkti produkto kategoriją ir produktą. Atkreipkite dėmesį, kad „Virtual Eval“ apima ne tik didelės spartos ADC, bet ir produktų kategorijas, skirtas tiksliesiems ADC, didelės spartos DAC ir integruotiems / specialios paskirties keitikliams. 10 pav. Produktų kategorija ir prekių pasirinkimas Virtual Eval. Iš gaminių pasirinkimo pasirinkite AD9680. Tai atvers pagrindinį AD9680 modeliavimo puslapį. AD9680 „Virtual Eval“ modelyje taip pat yra blokinė schema, kurioje pateikiama išsami informacija apie vidinę ADC analoginių ir skaitmeninių funkcijų konfigūraciją. Ši blokinė schema yra tokia pati, kaip pateikta AD9680 duomenų lape. Šiame puslapyje kairėje puslapio pusėje esančiame išskleidžiamajame meniu pasirinkite norimą greičio laipsnį. Šiame pavyzdyje pasirinkite 500 MHz greičio laipsnį, kaip parodyta 11 paveiksle. 11 pav. AD9680 greičio laipsnio pasirinkimas ir blokinė schema „Virtual Eval“. Tada reikia nustatyti įvesties sąlygas, kad būtų galima atlikti FFT modeliavimą (žr. 12 pav.). Prisiminkite, kad pavyzdžio bandymo sąlygos apima 491.52 MHz taktinį dažnį ir 150 MHz įvesties dažnį. DDC įjungtas, kai NCO dažnis nustatytas į 155 MHz, ADC įvestis nustatyta į Real, sudėtingas konvertavimas į realųjį (C2R) yra išjungtas, DDC dešimtinimo dažnis nustatytas į keturis ir 6 dB stiprinimas DDC yra Įjungtas. Tai reiškia, kad DDC yra nustatytas tikram įvesties signalui ir sudėtingam išvesties signalui, kurio decimacijos koeficientas yra keturi. 6 dB stiprinimas DDC įjungtas siekiant kompensuoti 6 dB nuostolius dėl maišymo proceso DDC. „Virtual Eval“ vienu metu rodys tik triukšmo ar iškraipymo rezultatus, todėl įtraukiami du sklypai, kur vienas rodo triukšmo rezultatus (12 pav.), o kitas – iškraipymo rezultatus (13 pav.). 12 pav. AD9680 FFT modeliavimas „Virtual Eval“ – triukšmo rezultatai. 13 pav. AD9680 FFT modeliavimas „Virtual Eval“ - iškraipymų rezultatai. Yra daug našumo parametrų, kurie yra pažymėti Virtual Eval. Įrankis pateikia harmonines vietas, taip pat pagrindinio vaizdo vietą, kuri gali būti labai naudinga planuojant dažnius. Tai gali palengvinti dažnių planavimą, nes vartotojas gali pamatyti, ar pagrindinis vaizdas ar harmoniniai tonai rodomi norimame išvesties spektre. „Virtual Eval“ modeliavimas suteikia SNR reikšmę 71.953 dBFS, o SFDR – 69.165 dBc. Tačiau trumpam pagalvokite, kad pagrindinis vaizdas paprastai nebūtų išvesties spektre, o jei pašalinsime tą stimulą, SFDR bus 89.978 dB (tai yra 88.978 dBc, kai kalbama apie –1 dBFS įvesties galią). 14 pav. AD9680 FFT matavimo rezultatas. Skaičiuodamas SNR į „Virtual Eval“ simuliatorių neįtraukiamas pagrindinis vaizdas. Būtinai sureguliuokite VisualAnalog™ nustatymus, kad nepaisytumėte pagrindinio vaizdo matavime, kad pasiektumėte teisingą SNR. Idėja yra planuoti dažnius ten, kur pagrindinis vaizdas nėra norimoje juostoje. Išmatuotas SNR rezultatas yra 71.602 dBFS, kuris yra gana artimas imituotam 71.953 dBFS rezultatui „Virtual Eval“. Panašiai išmatuotas SFDR yra 91.831 dBc, o tai labai arti imituoto 88.978 dBc rezultato. „Virtual Eval“ atlieka neįtikėtiną darbą tiksliai nuspėdamas aparatinės įrangos veikimą. Įrenginio elgseną galima nuspėti patogiai sėdint patogioje kėdėje su geru karštos kavos ar arbatos puodeliu. Ypač ADC su DDC, pvz., AD9680, atveju „Virtual Eval“ gali pakankamai gerai imituoti ADC našumą, įskaitant vaizdus ir harmonikas, kad vartotojas galėtų planuoti dažnį ir, jei įmanoma, išlaikyti šiuos nepageidaujamus signalus. Kadangi nešėjų agregavimas ir tiesioginis radijo dažnių mėginių ėmimas ir toliau populiarėja, įrankių dėžutėje turėti tokį įrankį kaip „Virtual Eval“ yra gana patogu. Galimybė tiksliai numatyti ADC našumą ir dažnio planą padeda sistemų dizaineriams tinkamai planuoti dažnių planą tokiose programose kaip ryšių sistemos, taip pat karinės / aviacijos radarų sistemos ir daugelis kitų programų. Norėčiau paskatinti jus pasinaudoti skaitmeninių signalų apdorojimo funkcijomis naujausios kartos ADC iš Analog Devices.

Palik žinutę 

Žinučių sąrašas