【導讀】過去十年中，無線電接收架構如無線通訊與軍事系統等都得到了極大的發展，這在很大程度上得益于高速模數轉換器 (ADC) 的革新。
十年前，大多數無線電設備建立在較為基礎的超外差結構上，且具有多個下變頻級。當時，我們見證了高 IF （中頻） 結構中出現單個下變頻級的變化。這得益于ADC帶寬、采樣速率與性能等的顯著改善，這些顯著的改善使第二或第三奈奎斯特區域的信號采樣得以實現。ADS62P45 ADC便是引領這次變化的一個典型代表。現在，ADC技術進一步得到改進與提升，使得無線電中最后一個下變頻級也得以消除，從而支持直接射頻(RF)采樣接收機。參見圖1。
可用于直接射頻采樣無線電架構的ADC已經上市多年，例如德州儀器（TI）的ADC12J4000。不過，ADC32RF45是第一個實現直接射頻采樣的ADC，直接射頻采樣可匹敵超外差和高中頻結構的動態范圍。在零中頻結構中（零中頻結構是極端寬頻系統的首選架構），ADC32RF45率先在單個設備上應用2GHz復雜信號帶寬。
圖1：無線電接收器架構演化
正如多數設計師所知道的那樣，數據轉換器的性能只與系統中其它集成電路（IC）不相上下。使用恰當的設備就可以實現或破壞直接射頻采樣接收機或寬帶零中頻接收機。圖2為組成信號鏈的一些設備，請仔細查看圖例，接下來我們將對其中一些設備進行更深入的了解。
圖2：直接射頻采樣的信號鏈解決方案
射頻采樣接收機或寬帶數字轉化器的五大組件
若只是簡單看看數據表，要選出相互匹配的設備是比較困難的。這里會給出圖2中五大組件的相關背景（包括ADC），從而呈現出完整、簡化與/或改善的射頻采樣接收機或寬帶零中頻接收機。此解決方案可用于無線基礎設施、軍用雷達、電子作戰或寬帶通信測試設備系統。
數據轉換
ADC32RF45是射頻采樣接收機的核心與靈魂所在。它具有-155dBFS/Hz的噪音基底，使信號直接采樣的射頻頻率達到4GHz；但是它需要一個高品質的采樣時鐘，從而避免由高中頻結構所實現動態范圍的下降。對于4GHz以上的信號，可借助射頻合成器在寬帶高中頻結構或零中頻結構中使用ADC32RF45。高采樣速率，加上單一封裝中的兩個通道，意味著您可以使用最小的2GHz信號帶寬的零中頻接收機，并最小化ADC通道間的I/Q不匹配現象，不過這需要激勵放大器的幫助，激勵放大器也需要非常小且匹配性高。
ADC32RF45包括四個集成數字下變頻器(DDC)，每個通道兩個，用于為邏輯器件的處理進行分流。DDC可通過每個通道使用的最多三個數控振蕩器，將所需信號混合到I/Q基帶，用于觀察或載波跳頻應用。接下來，抽取濾波器降低數據速率以實現直接射頻采樣，帶來的好處是高ADC采樣速率，同時降低對信號處理和ADC接口的要求。抽取的信號隨后會發送至現場可編程門陣列(FPGA)或數字信號處理器(DSP)，進行額外的基帶處理。
信號放大和單端至差分轉換
放大器驅動直接射頻采樣結構和寬帶零中頻結構中的ADC。LMH3404的雙通道與全差分放大器在運行于從直流到2GHz的系統中，與射頻采樣ADC配合良好，這得益于LMH3404的7GHz頻寬。設計LMH3404的目的是用來替代變壓器 (平衡－不平衡轉換器) ，為ADC執行單端至差分信號轉換，同時提供18dB增益。與變壓器相比，其優勢在于可一直降至直流，這是寬帶零中頻系統所需要的。搭配ADC32RF45后，LMH3404就能建立用于寬帶通信和測試的小型高性能2GHz帶寬零中頻接收機。雙通道放大器具有優良的通道間增益與相位匹配性能，限定了系統所需數字失配校正量。
記時
在射頻采樣無線電中，采樣時鐘的質量好壞對系統產生的信噪比(SNR)具有強烈影響。LMK04828是兼容JESD204B的超低噪音時鐘抖動清除器，可生成小于100fs抖動、具有射頻采樣能力的時鐘，同時具有一系列收縮或簡化系統的特性。因支持最多七個JESD204B裝置，LMK04828可以為多個ADC32RF45 ADC、數字模擬轉換器(DAC)、FPGA或DSP記時。LMK04828還可以生成系統參考（SYSREF）信號，用于JESD204B系統中確定性延遲，而數字和模擬延遲可幫助滿足每個JESD204B設備的關鍵計時需求。
對于擁有高質量時鐘的系統，LMK04828可以作為一個時鐘分配裝置，同時仍具有SYSREF生成和延遲功能。對于所有基于ADC32RF45的系統，我推薦使用LMK04828。
射頻合成
高性能計時的另一個選擇（尤其是對于直接射頻采樣結構）是使用LMX2592射頻合成器，并結合LMK04828。LMX2592的高輸出擺幅和低相位噪聲使它能實現具有12kHz-20MHz積分帶寬的，并小于50fs均方根（RMS）的抖動，實現高射頻頻率下信噪比的多分貝改善，如圖3所示。LMK04828作為LMX2592的參考時鐘，同時也為JESD204B子類1確定性延遲生成SYSREF信號。
圖3：LMX2592在6GHz輸出頻率的抖動性能
對于載波頻率4GHz以上（C波段或X波段）的系統，LMX2592可以作為本地振蕩器 (LO)，生成高達9.8GHz的信號，并將期望信號混合至相對高（最高4GHz）的中頻。ADC32RF45可以直接采樣中頻信號，中頻信號帶寬可達1GHz，用于創建寬帶、高頻、高中頻的結構。
另外，LMX2592可在零中頻結構中用作本地振蕩器，搭配ADC32RF45可實現高達2GHz信號帶寬。
數字信號處理
ADC32RF45通常與FPGA連接；然而，ADC32RF45的JESD204B數字輸出在使用ADC的DDC功能時，可以直接連接66AK2L06多核數字信號處理器(DSP)以及ARM®片上系統(SoC)。ADC32RF45直接連接到SoC可通過去除相連接的FPGA來減少系統的尺寸、重量與功率(SWaP)。
66AK2L06包含具有DDC和數字濾波功能的可編程數字前端(DFE)，它可擴展ADC32RF45的處理功能，實現多載波射頻系統的額外子頻段或過濾。此外，DFE包含自動增益控制(AGC)功能，以保護ADC32RF45，并保持最優化ADC性能。《KeyStone II器件DFE用戶指南》提供了更多關于ADC32RF45功能的見解，以及 JESD204B可允許的線路和速率。66AK2L06 SoC集成了快速傅里葉變換協處理器（FFTC），從而以10-15倍速加快復雜的FFT/iFFT操作，是低延遲應用的理想選擇。
結論
ADC32RF45使得設計者在架構直接射頻采樣無線電設備時不必進行動態范圍權衡。本文中提到的德州儀器最佳信號鏈組件與ADC32RF45搭配，將使系統性能最大化：
• LMH3404可作為直流至2GHz ADC激勵器，可取代單端至差分轉換變壓器（平衡－不平衡轉換器），具有直流耦合功能，并提供18dB增益。
• LMK04828生成或分配射頻采樣所需的高性能時鐘。
• LMX2592提供一個更高性能的計時選擇，在載波頻率超過4GHz（C波段或X波段）的系統中充當本地振蕩器合成器。
• 將JESD204B輸出連接到66AK2L06 DSP ，可減少尺寸、重量與功率（SWaP）。
