摘要
ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)新推出的低功耗，高密度，高采樣率，高性 能的模數轉換芯片，這款芯片目前已經廣泛的應用在通信行業(yè)。本文以時分通信系統為 例，詳細介紹了 ADS58H40 在 F 頻段和 A 頻段中的應用，通過合理的設置中頻，利用頻譜 搬移原理，在采用較低采樣率時，使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收，為研發(fā)工程師提供一個低成本，高性能的方案。
目錄
1 ADS58H40 簡介
2 時分通信系統的 F+A 頻段 RRU 通信系統
2.1 TD-LTE 系統頻點
2.2 時分系統 F+A 頻段的設備實現
3 ADS58H40 在時分通信系統中 F+A 頻段的應用
3.1 低本振時，F+A 頻段的實現
3.2 中間本振時，F+A 頻段的實現
4 ADS58H40 測試結果
5 總結
6 參考文獻
1 ADS58H40 簡介
ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)推出的采樣頻率高達 250MSPS 的高線性，4 通道
11 位模數轉換器(ADC)。ADS58H40 采用 SNRBoost3G+技術，在 170MHz 中頻時 SFDR 為
85dBc，SNR 為 71dBFS(90MHz 信號帶寬)，可為滿足那些要求高信號帶寬的多載波與多模式通信系統(如 TD-LTE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA 以及 WiMAX 等)的 SFDR 和 SNR 的要 求，滿足系統指標需求。同時它還有可用于支持反饋通道 125MH 帶寬信號的 14bit Burst 模式。
ADS58H40 的關鍵特性和優(yōu)勢
l 可編程 SNRBoost3G+技術可實現 90MHz 帶寬下高達 71dBFS 的 SNR 性能，從而滿足客戶
3G 與 4G 接收機規(guī)范的要求;
l 低功耗：在 250MSPS 下單位通道功耗為 365mW，可幫助制造商成功設計低功耗高密度四通道接收機與數字預失真(DPD)反饋環(huán)路;
l 三種輸出模式靈活選取。輸出可選 11bit 輸出，11bit SNRBoost3G+模式輸出和 14bit Burst 模式輸出，可同時用于接收和 DPD 反饋鏈路;
l 包括 DAC3484、LMH6522/1、TRF3705、LMH0480x、GC5330 以及 TMS320C6748 在內的
完整信號鏈可加速產品的上市進程。
作為完整信號鏈的一部分，ADS58H40 四通道 ADC 可以無縫連接 TI 的 DVGA(如 LMH6522/1)以 及功放預失真(DPD)芯片 GC5330，GC5337 等，同時 TI 提供完整的時鐘分配 LMK0480X 的 解決方案。
ADS58H40 是 4 通道的產品。它采用 TI 的專利 SNRBoost3G+技術，把信噪比提升，達到 14bit ADC 的信噪比，可以用在通信系統的接收通道，同時也支持 14bit Burst 模式，使其成為一個 14bit 250MHz 的 ADC，用在通信系統的 DPD 反饋接收通道中。
圖 1. 14Bit Burst 模式下 ADS58H40 輸出頻譜圖
圖 2. SNRBoost 功能打開 ADS58H40 輸出頻譜圖
2 時分通信系統的 F+A 頻段 RRU 通信系統
2.1 TD-LTE 系統頻點
TD LTE 是中國具有自主知識產權的新一代移動通信技術。它吸納了 TD-SCDMA 的主要技術元 素，體現了我國通信產業(yè)在寬帶無線移動通信領域的最新自主創(chuàng)新成果。2004 年，中國在標準 化組織 3GPP 提出了第三代移動通信 TD-SCDMA 的后續(xù)演進技術 TD-LTE，并主導完成了相關 的技術標準。
工業(yè)和信息化部發(fā)布的《工業(yè)和信息化部關于國際移動通信系統(IMT)頻率規(guī)劃事宜的通 知》中正式明確了 TD 系統的頻率分配。
F 頻段(1880MHz～1920MHz)：共計 40MHz A 頻段(2010MHz～2025MHz)：共計 15MHz E 頻段(2320MHz～2370MHz)：共計 50MHz D 頻段(2500MHz～2690MHz)：共計 190MHz
2.2 時分系統 F+A 頻段的設備實現
在頻域，采樣過程實際就是原模擬信號在頻譜的重復。當信號頻帶不變而采樣速率降低時，重復頻譜間的距離越來越近，采樣速率降到一定時，頻譜開始出現混疊，這時信號將失真。這就是奈奎斯特采樣定理要求如果要從相等時間間隔的采樣點中，無失真地重建模擬信號波形，則采樣頻率必須大于或等于模擬信號中最高頻率成份的兩倍。但當對帶通信號進行采樣時，可采用欠采樣技術，即采樣速率可以小于信號最高頻率的兩倍。欠采樣技術又稱諧波采樣或帶通采樣技術。但是即使是帶通采樣，也必須大于帶通信號帶寬的 2 倍
對于 TD 系統的 F 頻段和 A 頻段。如果要采用一個通道的 ADC 進行采樣，采樣率至少要大于 2 倍的 F+A 頻帶帶寬(F+A 頻帶帶寬：2025-1880=145MH)。出于抗混疊濾波的考慮，預留 40M 的過渡帶，那么采樣率需要增加到 330M。對 ADC 的采樣率提出了很高的要求。滿足系統要求的 ADC 功耗，價格都很高，在實際系統中很難得到大規(guī)模的應用。
目前的常規(guī)實現方法是把 F 頻段和 A 頻段獨立接收，系統為每個頻段安排一個合適的本振，將信 號變到對應的中頻，然后把 F 頻段和 A 頻段用不同的 ADC 進行采樣，然后進行基帶處理。這樣的缺點就是至少需要一個雙通道的 ADC 才能完成一個 F 頻段和 A 頻段的信號處理。以 ADC 采樣 率 122.88MH 為例，如中心頻點在 92.16M，通過 Mixer 分別變頻，ADC 分別采樣，可得下圖。
圖 3. 雙本振時，F 頻段 A 頻段頻譜示意圖
圖 4. 雙本振時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖
3 ADS58H40 在時分通信系統中 F+A 頻段的應用
根據離散傅立葉變換公式可知，時域的采樣等于頻域的周期延拓，這些延拓后的頻譜最終都會被 折返到第一奈奎斯特域中。信號的幅度相等，相位會隨著奈奎斯特域的不同而不同。
3.1 低本振時，F+A 頻段的實現
通過對 F 頻段和 A 頻段的信號進行分析，發(fā)現盡管信號總帶寬很寬，但信號本身是不連續(xù)的，F 頻段帶寬是 35MHz 在(5MHz 的保護帶寬)，A 頻段帶寬是 15MHz，他們之間有 95MHz 的固定 間隔。利用帶通采樣定理和傅立葉變換，通過合理安排中頻頻點和采樣頻率，利用采樣后頻譜周期延拓，在低采樣率的條件下可實現 F，A 頻段同時接收而不引起混疊。這樣就可以使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收，比常規(guī)的方法減少了一倍的接收通道，使成本大大的降低。
假設 ADC 采樣率為 250MHz。如采用低本振的方式，可以將 F 頻段信號放在奈奎斯特域 1 區(qū)，將 A 頻段放在奈奎斯特域 2 區(qū)，原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的信號和 A 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的延 拓信號頻譜不能混疊。
圖 5. 低本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖
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采樣率 （MHz） |
LO（MHz） |
射頻頻點（MHz） |
中頻（MHz） |
對應到奈奎斯特 1 區(qū)頻點 （MHz） |
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250MHz |
1870 |
1880 |
10 |
10 |
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1915 |
45 |
45 |
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2010 |
140 |
110 |
||
|
2025 |
155 |
95 |
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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 |
從表格中可以看出本振的可以選擇范圍還是比較大的。A 頻段和 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的相對位 置如下圖所示：
圖 6. 低本振時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖
此種方式可以實現在 250MHz 的采樣率條件下，實現 F，A 兩個頻段的同時采樣，但是因為中頻 帶寬太寬，相對采樣率太低。抗混疊濾波器的帶寬很寬，增加了成本和降低了帶外抑制，制約了前級抗抗混的濾波器的實現，也降低了系統的阻塞特性。對于系統的實現來說，有很大的困難。
3.2 中間本振時，F+A 頻段的實現
如果考慮將本振放在 F 頻段和 A 頻段之間，對 F 頻段使用高本振，對 A 頻段使用低本振，將 F 頻 段信號放在奈奎斯特負區(qū)，A 頻段信號放在奈奎斯特 1 區(qū)，原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的延拓 信號和 A 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的信號頻譜不能混疊。
圖 7. 中間本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖
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采樣率 （MHz） |
LO（MHz） |
射頻頻點 （MHz） |
中頻（MHz） |
對應到奈奎斯特 1 區(qū)頻點（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 |
圖 8. 本振 1980MH 時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖
經過分析可知：此種方法在 250MHz 的采樣率，可以實現 F，A 兩個頻段的同時采樣，對于抗混 疊濾波器，通帶設置在奈奎斯特 1 區(qū)就可以了，大大降低了實現難度，同時提升了對其他奈奎斯特區(qū)的抑制。
4 ADS58H40 測試結果
下面給出了 ADS58H40 在不同頻點下的測試結果，可以看出 ADS58H40 可以提供 90M 的信號帶 寬，而且在帶寬內的性能指標完全可以滿足系統的要求。
|
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 |
圖 9. Fin 為 30MHz 時，ADS58H40 輸出頻譜圖
圖 10. Fin 為 100MHz 時，ADS58H40 輸出頻譜圖
5 總結
ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)新推出的低功耗，高密度，高采樣率，高性能的模數轉換芯片，這款芯片目前已經廣泛的應用在通信行業(yè)。本文以 TD 系統為例，詳細 介紹了 ADS58H40 在 F+A 頻段中的應用，通過合理的設置中頻，利用傅立葉變換帶來的頻譜搬移，在采用較低采樣率時，使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收，為研 發(fā)工程師提供一個低成本，高性能的方案。
6 參考文獻
1. ADS58H40 Datasheet
2. SNRBoost ADC(ZHCA123)，冷愛國， http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=zhca123&fileType=pdf
3. 超 寬 帶 系 統 中 ADC 前 端 匹 配 網 絡 設 計 ， Lu Wenjing
http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca489/zhca489.pdf
4. 直 流 偏 移 校 正 功 能 與 ADS58H40 PCB 布 局 優(yōu) 化 ， Tu lance
http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca564/zhca564.pdf
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