K波段直接数字化的高级宽带采样方案 ——扩展射频可能性的边界

模拟技术 时间:2020-01-15来源:电子产品世界

第一次动态测试的结果

FEB的初始测试表现出波动的无杂散动态范围 (SFDR)响应(图3)。在不同的ADC信号满刻度范围 (SFSR)进行两次独立的扫频。扫频覆盖的信号频率 超过30GHz。图3放大了17GHz到25GHz的范围。

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图3-基线FEB性能(SFDR从17到25GHz)

检查初始结果

SFDR的特性有很大的分析价值,并为未来的动态性能 提升提供了参考。从这些结果(图3)可以看出:

   低输入信号功率的SFDR平坦度更好(图3比较 了-7dBFS和-13dBFS的结果)

   初始的实验配置难以实现我们预期的50dBc SFDR的目标提高性能的第一步是找出限制SFDR的信号杂散。下图 (图4)标出了输入电平-7dBFS和-13dBFS时主要的杂 散,用dBFS表示。

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图 4 - 两种信号功率的基线FEB性能 (SFDR从17到25GHz)

从上图可以看出,对于不同的频率范围和输入幅度,变化的杂散频率分量可以看作SFDR波动的原因,请参考图中最大杂散的曲线。图中也标注了二次谐波(H2)和 三次谐波(H3)以及采样时钟(Fc/4)的影响。仔细观察,您还会发现:

   从最大杂散(深色曲线)可以看出,H2是最主要的影 响因素,特别是对于-7dBFS。

   如果H2可以被改进,下一个影响最大的因素显然是Fc/4 性能,它对小信号曲线(-13dBFS)的影响很大。但是,对于上面两种信号功率,Fc/4限制SFDR大约在 58dBFS(在18GHz到22GHz之间)。如果不改进这个问 题,很难进一步提高动态性能。Fc/4的问题表明多个 ADC核心交织可能产生的一些问题。杂散信号的根源是 偏置不匹配。

   通过优化,-13dBFS的SFDR有可能达到50到60dBc之 间。

根据产品资料,唯一提升THA性能(通过降低H2)的方 法是降低输入信号电平。这对SFDR受H2限制的场合很 有用,例如-7dBFS的SFSR时19.5GHz以下或21.5GHz以 上的范围。

优化数据转换器的性能

另一方面,ADC可提供默认工作方式以外的多种自由的 配置。初始的测试表明核心交织的精度问题,这并不奇 怪。标准的交织校准(ILG)是在工厂的产品测试时完成 的。显然,它按照基带工作优化,并不适用于这种大带 宽的应用。

ADC交织的详细测试表明,杂散的最大的来源是偏置不 匹配。我们测量了一系列频率的偏置影响,通过仔细的 调整,大幅地降低了Fc/4杂散(图5)。对于K波段的应 用,21.5GHz的校准得到了非常好的结果。

校准前和校准后系统的K波段性能如图5所示。上面的曲 线是默认设置(CalSet0)的结果,下面的曲线是改进的 高频校准的结果。通过后者的校准,偏置、增益和相位 不匹配都得到了补偿。在整个K波段,系统的SFDR提高 了将近15dB,这是一个巨大的进步。

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图5 - 校准ILG的影响

交织校准之后对于某些频点,H2较低而H3变成了主导因素,如图4中 21GHz附近的点。在这种情况下,我们需要通过INL的校准进一步降低ADC的杂散。

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图6 - INL校准对H3的影响

虽然进一步提升性能的选项不多,但显然ADC积分非线 性(INL)的性能会影响H3。和交织(ILG)类似,产品 测试时的INL校准通常是针对基带工作优化的。Teledyne 的测试工程师认为,如果针对高奈奎斯特域重新校准 INL,将进一步改善动态性能。 调整INL并不是用户可以通过程序完成的工作,也不应当 是。这种调整极具挑战性。从原理上说,提升理想转换 器模型的INL有可行且有限的方法。工程师需要搭建测试 设备以实现这些调整方法。 通过尽可能降低高频INL,我们把17到25GHz范围里的 H3优化了3到5dB(图6)。

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图 7 - 校准前和校准后的K波段SFDR

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关键词: Teledyne ESA

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