资料介绍
数模转换器(DAC)的作用是将数字信号转换为模拟信号,这逐渐成为我们日常生活中司空见惯的事。例如,在蜂窝电话、 CD和DVD播放器以及HDTV中,都可以发现DAC的身影。直接数字频率合成器(DDS)也是一种DAC,可以生成数字正弦信号,并将其馈入DAC来产生相应的模拟信号。本文将重点介绍新近出现的一项技术突破,它借助DDS技术大幅提升了DAC的无杂散动态范围(SFDR)性能。从理论上来说,DAC可以将数字信号正确无误的转换成等效的模拟信号,但实际上,转换过程几乎不可能是完美的。DAC的数字分辨率会引入量化误差,当将DAC的输出信号通过频谱分析仪显示时,这种误差表现为本底噪声。此外,其它误差,例如线性度误差,会造成DAC输出频谱上出现不期望的谐波分量,这些谐波往往是限制DAC无杂散动态范围(SFDR)性能的一个因素。一般说来,谐波并不是一个严重的问题,因为人们往往不费多大气力就可以将其从输出频谱中滤除。不过,通过DAC将数字信号转换为模拟信号的过程属于采样理论所支配的研究领域,根据大量记载的数字信号处理的各种定理可以得知,谐波信号并不总是出现在容易观察到的频率点上。例如,假定一个以100 MHz采样的DAC可以产生一路频率为26MHz的正弦信号,可以预料到,其三次谐波会出现在78 MHz频率处,这可以轻松地滤除。事实上,由于采样的影响,在22 MHz处还会出现一个三次谐波的镜像。该镜像距离26 MHz的基频信号只有4 MHz的间隔,这使得滤除谐波信号的工作难度大大增加。显然,如果谐波可以有选择性的衰减,则DAC的SFDR性能将得到极大的提升。 DDS的主要功能是产生正弦波。合成正弦波的质量的一个关键衡量标准是谐波失真。正如上面所解释的那样,DAC所引入的谐波失真往往是限制DDS中SFDR性能提高的因素。目前改善SFDR的解决方案是频率规划和/或在DAC输出端添加外部滤波电路,但这些方法往往并不适用,尤其在采样的影响下,谐波非常接近基频信号。一个可选的方案是对DAC输入端的数字信号进行预失真处理,以抵消失真信号。这一概念实际是“相消干涉”技术的翻新。众所周知,将两个具有相同频率、幅值相同但方向相反的正弦信号相加,则这两路信号将完全抵消。
先考虑在DAC产生的正弦信号这一背景下的各种信号,就可以很好地理解这一概念的数学解释。首先,我们具有幅值为P、频率为ωP的原始正弦信号,其次,我们有幅值为S、频率为ωS的任意杂散分量。原始信号和杂散分量之间的频率关系为 ωS=NωP(其中N》1)。另外,在杂散正弦信号为谐波的特殊情况下(这也正是本文关注的重点),N是一个大于1的整数。原始信号和杂散正弦之间的幅值关系为S=αP,其中一般有α《《1。接下来,我们产生一个幅值为C的对消正弦信号,其频率与杂散正弦信号相同,但与杂散正弦信号间存在任意角度q的相位差。对消和杂散正弦信号之间的幅值存在如下关系C=βS。不过,由于杂散正弦信号和对消正弦信号具有相同的频率,它们结合在一起会形成幅值为R、频率为ωS的单路合成正弦信号。综合考虑P、S和C之间的关系,并考虑到S和C之间存在相位差θ,则可以证明,合成正弦信号的幅值可由下式给出
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