ADS58H40 在时分通信系统 F 和 A 频段中的应用
扫描二维码
随时随地手机看文章
摘要
ADS58H40 是德州仪器(Texas Instruments)新推出的低功耗，高密度，高采样率，高性 能的模数转换芯片，这款芯片目前已经广泛的应用在通信行业。本文以时分通信系统为 例，详细介绍了 ADS58H40 在 F 频段和 A 频段中的应用，通过合理的设置中频，利用频谱 搬移原理，在采用较低采样率时，使用一个 ADC 通道同时完成 F 频段和 A 频段的接收，为研发工程师提供一个低成本，高性能的方案。
目录
1 ADS58H40 简介
2 时分通信系统的 F+A 频段 RRU 通信系统
2.1 TD-LTE 系统频点
2.2 时分系统 F+A 频段的设备实现
3 ADS58H40 在时分通信系统中 F+A 频段的应用
3.1 低本振时，F+A 频段的实现
3.2 中间本振时，F+A 频段的实现
4 ADS58H40 测试结果
5 总结
6 参考文献
1 ADS58H40 简介
ADS58H40 是德州仪器(Texas Instruments)推出的采样频率高达 250MSPS 的高线性，4 通道
11 位模数转换器(ADC)。ADS58H40 采用 SNRBoost3G+技术，在 170MHz 中频时 SFDR 为
85dBc，SNR 为 71dBFS(90MHz 信号带宽)，可为满足那些要求高信号带宽的多载波与多模式通信系统(如 TD-LTE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA 以及 WiMAX 等)的 SFDR 和 SNR 的要 求，满足系统指标需求。同时它还有可用于支持反馈通道 125MH 带宽信号的 14bit Burst 模式。
ADS58H40 的关键特性和优势
l 可编程 SNRBoost3G+技术可实现 90MHz 带宽下高达 71dBFS 的 SNR 性能，从而满足客户
3G 与 4G 接收机规范的要求;
l 低功耗：在 250MSPS 下单位通道功耗为 365mW，可帮助制造商成功设计低功耗高密度四通道接收机与数字预失真(DPD)反馈环路;
l 三种输出模式灵活选取。输出可选 11bit 输出，11bit SNRBoost3G+模式输出和 14bit Burst 模式输出，可同时用于接收和 DPD 反馈链路;
l 包括 DAC3484、LMH6522/1、TRF3705、LMH0480x、GC5330 以及 TMS320C6748 在内的
完整信号链可加速产品的上市进程。
作为完整信号链的一部分，ADS58H40 四通道 ADC 可以无缝连接 TI 的 DVGA(如 LMH6522/1)以 及功放预失真(DPD)芯片 GC5330，GC5337 等，同时 TI 提供完整的时钟分配 LMK0480X 的 解决方案。
ADS58H40 是 4 通道的产品。它采用 TI 的专利 SNRBoost3G+技术，把信噪比提升，达到 14bit ADC 的信噪比，可以用在通信系统的接收通道，同时也支持 14bit Burst 模式，使其成为一个 14bit 250MHz 的 ADC，用在通信系统的 DPD 反馈接收通道中。
图 1. 14Bit Burst 模式下 ADS58H40 输出频谱图
图 2. SNRBoost 功能打开 ADS58H40 输出频谱图
2 时分通信系统的 F+A 频段 RRU 通信系统
2.1 TD-LTE 系统频点
TD LTE 是中国具有自主知识产权的新一代移动通信技术。它吸纳了 TD-SCDMA 的主要技术元 素，体现了我国通信产业在宽带无线移动通信领域的最新自主创新成果。2004 年，中国在标准 化组织 3GPP 提出了第三代移动通信 TD-SCDMA 的后续演进技术 TD-LTE，并主导完成了相关 的技术标准。
工业和信息化部发布的《工业和信息化部关于国际移动通信系统(IMT)频率规划事宜的通 知》中正式明确了 TD 系统的频率分配。
F 频段(1880MHz～1920MHz)：共计 40MHz A 频段(2010MHz～2025MHz)：共计 15MHz E 频段(2320MHz～2370MHz)：共计 50MHz D 频段(2500MHz～2690MHz)：共计 190MHz
2.2 时分系统 F+A 频段的设备实现
在频域，采样过程实际就是原模拟信号在频谱的重复。当信号频带不变而采样速率降低时，重复频谱间的距离越来越近，采样速率降到一定时，频谱开始出现混叠，这时信号将失真。这就是奈奎斯特采样定理要求如果要从相等时间间隔的采样点中，无失真地重建模拟信号波形，则采样频率必须大于或等于模拟信号中最高频率成份的两倍。但当对带通信号进行采样时，可采用欠采样技术，即采样速率可以小于信号最高频率的两倍。欠采样技术又称谐波采样或带通采样技术。但是即使是带通采样，也必须大于带通信号带宽的 2 倍
对于 TD 系统的 F 频段和 A 频段。如果要采用一个通道的 ADC 进行采样，采样率至少要大于 2 倍的 F+A 频带带宽(F+A 频带带宽：2025-1880=145MH)。出于抗混叠滤波的考虑，预留 40M 的过渡带，那么采样率需要增加到 330M。对 ADC 的采样率提出了很高的要求。满足系统要求的 ADC 功耗，价格都很高，在实际系统中很难得到大规模的应用。
目前的常规实现方法是把 F 频段和 A 频段独立接收，系统为每个频段安排一个合适的本振，将信 号变到对应的中频，然后把 F 频段和 A 频段用不同的 ADC 进行采样，然后进行基带处理。这样的缺点就是至少需要一个双通道的 ADC 才能完成一个 F 频段和 A 频段的信号处理。以 ADC 采样 率 122.88MH 为例，如中心频点在 92.16M，通过 Mixer 分别变频，ADC 分别采样，可得下图。
图 3. 双本振时，F 频段 A 频段频谱示意图
图 4. 双本振时，F 频段 A 频段对应中频频谱示意图
3 ADS58H40 在时分通信系统中 F+A 频段的应用
根据离散傅立叶变换公式可知，时域的采样等于频域的周期延拓，这些延拓后的频谱最终都会被 折返到第一奈奎斯特域中。信号的幅度相等，相位会随着奈奎斯特域的不同而不同。
3.1 低本振时，F+A 频段的实现
通过对 F 频段和 A 频段的信号进行分析，发现尽管信号总带宽很宽，但信号本身是不连续的，F 频段带宽是 35MHz 在(5MHz 的保护带宽)，A 频段带宽是 15MHz，他们之间有 95MHz 的固定 间隔。利用带通采样定理和傅立叶变换，通过合理安排中频频点和采样频率，利用采样后频谱周期延拓，在低采样率的条件下可实现 F，A 频段同时接收而不引起混叠。这样就可以使用一个 ADC 通道同时完成 F 频段和 A 频段的接收，比常规的方法减少了一倍的接收通道，使成本大大的降低。
假设 ADC 采样率为 250MHz。如采用低本振的方式，可以将 F 频段信号放在奈奎斯特域 1 区，将 A 频段放在奈奎斯特域 2 区，原则是 F 频段在奈奎斯特 1 区的信号和 A 频段在奈奎斯特 1 区的延 拓信号频谱不能混叠。
图 5. 低本振时 F 频段 A 频段频谱示意图
|
采样率 （MHz） |
LO（MHz） |
射频频点（MHz） |
中频（MHz） |
对应到奈奎斯特 1 区频点 （MHz） |
|
250MHz |
1870 |
1880 |
10 |
10 |
|
1915 |
45 |
45 |
||
|
2010 |
140 |
110 |
||
|
2025 |
155 |
95 |
||
|
1860 |
1880 |
20 |
20 |
|
|
1915 |
55 |
55 |
||
|
2010 |
150 |
100 |
||
|
2025 |
165 |
85 |
||
|
1850 |
1880 |
30 |
30 |
|
|
|
1915 |
65 |
65 |
|
2010 |
160 |
90 |
||
|
2025 |
175 |
75 |
||
|
1848 |
1880 |
32 |
32 |
|
|
1915 |
67 |
67 |
||
|
2010 |
162 |
88 |
||
|
2025 |
177 |
73 |
从表格中可以看出本振的可以选择范围还是比较大的。A 频段和 F 频段在奈奎斯特 1 区的相对位 置如下图所示：
图 6. 低本振时，F 频段 A 频段对应中频频谱示意图
此种方式可以实现在 250MHz 的采样率条件下，实现 F，A 两个频段的同时采样，但是因为中频 带宽太宽，相对采样率太低。抗混叠滤波器的带宽很宽，增加了成本和降低了带外抑制，制约了前级抗抗混的滤波器的实现，也降低了系统的阻塞特性。对于系统的实现来说，有很大的困难。
3.2 中间本振时，F+A 频段的实现
如果考虑将本振放在 F 频段和 A 频段之间，对 F 频段使用高本振，对 A 频段使用低本振，将 F 频 段信号放在奈奎斯特负区，A 频段信号放在奈奎斯特 1 区，原则是 F 频段在奈奎斯特 1 区的延拓 信号和 A 频段在奈奎斯特 1 区的信号频谱不能混叠。
图 7. 中间本振时 F 频段 A 频段频谱示意图
|
采样率 （MHz） |
LO（MHz） |
射频频点 （MHz） |
中频（MHz） |
对应到奈奎斯特 1 区频点（MHz） |
|
250 |
2000 |
1880 |
-120 |
120 |
|
1915 |
-85 |
85 |
||
|
2010 |
10 |
10 |
||
|
2025 |
25 |
25 |
||
|
1990 |
1880 |
-110 |
110 |
|
|
1915 |
-75 |
75 |
||
|
2010 |
20 |
20 |
||
|
2025 |
35 |
35 |
||
|
1980 |
1880 |
-100 |
100 |
|
|
1915 |
-65 |
65 |
||
|
2010 |
30 |
30 |
||
|
2025 |
45 |
45 |
||
|
1970 |
1880 |
-90 |
90 |
|
|
1915 |
-55 |
55 |
||
|
2010 |
40 |
40 |
||
|
2025 |
55 |
55 |
图 8. 本振 1980MH 时，F 频段 A 频段对应中频频谱示意图
经过分析可知：此种方法在 250MHz 的采样率，可以实现 F，A 两个频段的同时采样，对于抗混 叠滤波器，通带设置在奈奎斯特 1 区就可以了，大大降低了实现难度，同时提升了对其他奈奎斯特区的抑制。
4 ADS58H40 测试结果
下面给出了 ADS58H40 在不同频点下的测试结果，可以看出 ADS58H40 可以提供 90M 的信号带 宽，而且在带宽内的性能指标完全可以满足系统的要求。
|
FS（MHz） |
Fin(MHz) |
Ain(dBFS) |
SNR(dBFS) in 90MHz Band |
SFDR(dBFS) in 90MHz Band |
|
245.76 |
30.1 |
-1 |
71.2 |
81 |
|
245.76 |
40.1 |
-1 |
70.8 |
111 |
|
245.76 |
50.1 |
-1 |
70.6 |
85 |
|
245.76 |
80.1 |
-1 |
70.9 |
91 |
|
245.76 |
100.1 |
-1 |
70.4 |
89 |
图 9. Fin 为 30MHz 时，ADS58H40 输出频谱图
图 10. Fin 为 100MHz 时，ADS58H40 输出频谱图
5 总结
ADS58H40 是德州仪器(Texas Instruments)新推出的低功耗，高密度，高采样率，高性能的模数转换芯片，这款芯片目前已经广泛的应用在通信行业。本文以 TD 系统为例，详细 介绍了 ADS58H40 在 F+A 频段中的应用，通过合理的设置中频，利用傅立叶变换带来的频谱搬移，在采用较低采样率时，使用一个 ADC 通道同时完成 F 频段和 A 频段的接收，为研 发工程师提供一个低成本，高性能的方案。
6 参考文献
1. ADS58H40 Datasheet
2. SNRBoost ADC(ZHCA123)，冷爱国， http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=zhca123&fileType=pdf
3. 超 宽 带 系 统 中 ADC 前 端 匹 配 网 络 设 计 ， Lu Wenjing
http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca489/zhca489.pdf
4. 直 流 偏 移 校 正 功 能 与 ADS58H40 PCB 布 局 优 化 ， Tu lance
http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca564/zhca564.pdf
下载文档
