【導(dǎo)讀】為實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)速率，數(shù)字轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字中頻處理——DDC (數(shù)字下變頻器)和DUC(數(shù)字上變頻器)是其中主要的功能模塊。本文要講述的是“IF和RF轉(zhuǎn)換器中的集成DDC和DUC通道在實(shí)際應(yīng)用中如何工作的”。
在現(xiàn)代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)中，發(fā)射和接收路徑(包括下面描述中的反饋接收路徑)可根據(jù)信號(hào)特性分為三個(gè)主要電路級(jí)：射頻級(jí)、模擬中頻級(jí)和數(shù)字中頻級(jí)。
圖1是典型發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的框圖。
圖1. 發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的典型框圖
射頻級(jí)處理射頻信號(hào)，在當(dāng)前LTE標(biāo)準(zhǔn)中，其信號(hào)頻率范圍一般是700 MHz到3.8 GHz。經(jīng)過(guò)混頻器、調(diào)制器或解調(diào)器—這些都是混頻單元—處理后，射頻信號(hào)移動(dòng)到DC至300 MHz以下的較低頻率。
從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器到混頻器的處理模塊包括轉(zhuǎn)換器(ADC或DAC)、模擬濾波器和中頻放大器，我們可以把該級(jí)稱(chēng)為模擬中頻級(jí)。
轉(zhuǎn)換器之后(事實(shí)上是在轉(zhuǎn)換器的量化器部分之后)，信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；它與隨后的FPGA或ASIC一起，我們稱(chēng)之為數(shù)字中頻級(jí)。對(duì)于此級(jí)中的各數(shù)字信號(hào)處理模塊，在Tx路徑中通常稱(chēng)之為DUC(數(shù)字上變頻器)，在Rx路徑中通常稱(chēng)之為DDC (數(shù)字下變頻器)。
直接射頻架構(gòu)是例外，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器直接對(duì)射頻信號(hào)采樣，因而沒(méi)有模擬中頻級(jí)，信號(hào)鏈僅由射頻級(jí)和數(shù)字中頻級(jí)構(gòu)成。
典型DDC模塊包括載波選擇、下變頻器、濾波器和抽取器。這些功能模塊按順序工作，或者可分別予以旁路，最終根據(jù)后續(xù)FPGA或ASIC(其采樣速率較低)的要求，產(chǎn)生一個(gè)位于DC的復(fù)信號(hào)或一個(gè)實(shí)信號(hào)。
典型DUC模塊包括插值、濾波器、上變頻器和載波合并器。根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，DUC產(chǎn)生一個(gè)位于DC的復(fù)信號(hào)或中頻信號(hào)，或者直接產(chǎn)生射頻信號(hào)。DUC的處理幾乎與DDC的處理相反。
常常將多個(gè)DDC和DUC級(jí)級(jí)聯(lián)以提供靈活性。獨(dú)立的DDC和DUC需要并行處理多個(gè)載波，合并之后輸出發(fā)射信號(hào)或在接收信號(hào)中將其分離。
DDC
Rx鏈路需要較高采樣速率以避免信號(hào)混疊，簡(jiǎn)化模擬濾波器設(shè)計(jì)，提供更寬的信號(hào)頻帶。但另一方面，為了節(jié)省功耗、成本以及FPGA/ASIC中的高速邏輯，最好降低接口上的數(shù)據(jù)速率。轉(zhuǎn)換器的集成DDC將解決上述要求。
圖2是典型DDC的框圖。
圖2. DDC框圖
NCO和混頻器
為了從干擾(阻塞信號(hào)和其他載波)中選擇所需的載波，NCO的輸出頻率與輸入中頻信號(hào)混頻以將所需載波頻移到DC。這樣可以降低后續(xù)濾波和抽取級(jí)的復(fù)雜度。
濾波和抽取
在NCO和混頻級(jí)之后，使用一個(gè)低通濾波器來(lái)選取所需的濾波并抑制其他不需要的信號(hào)。濾波器之后，使用一個(gè)2倍抽取器來(lái)降低數(shù)據(jù)速率。為了節(jié)省資源并向客戶提供靈活性，半帶FIR濾波器加2倍抽取器被合并在一個(gè)模塊中；重復(fù)使用該模塊以級(jí)聯(lián)三到四級(jí)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可根據(jù)應(yīng)用需要選擇使用其中的一部分或全部。轉(zhuǎn)換器也可能提供2倍之外的其它抽取率以提供更大的靈活性，尤其是在RF ADC中。
DUC
Tx鏈具有與Rx鏈相同的要求：需要高采樣速率以簡(jiǎn)化濾波器設(shè)計(jì)，使信號(hào)頻率位于高中頻或直接變?yōu)樯漕l，以及遠(yuǎn)遠(yuǎn)地推開(kāi)鏡像，但接口希望使用較低的數(shù)據(jù)速率。轉(zhuǎn)換器的集成DUC將解決這些要求。
圖3是典型DUC的框圖。
圖3. DUC框圖
插值和濾波
最簡(jiǎn)單的數(shù)字插值算法稱(chēng)為"零填充"，即在每?jī)蓚€(gè)樣本之間插入0。采樣速率加倍，但在得到的頻譜中也會(huì)產(chǎn)生頻率為Fs – Fif的鏡像。因此，在插值器之后需要使用一個(gè)濾波器級(jí)，以便消除鏡像或原始載波(依據(jù)應(yīng)用而定)。如果消除的是原始載波，結(jié)果將是插值和Fs/2的粗調(diào)。
像在DDC中一樣，2倍插值和濾波器被合并為一個(gè)模塊。然后重復(fù)此功能模塊并級(jí)聯(lián)三到四級(jí)，以提高靈活性。也可使用2倍之外的其他插值系數(shù)以提供更大的靈活性，尤其是在RF DAC中。
NCO和混頻器
DUC中的NCO和混頻器級(jí)與DDC中的相同模塊非常相似，但功能相反，即根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)的要求，將載波頻移到所需的中頻或射頻頻率。在零中頻架構(gòu)中，可旁路此模塊以使載波保持在DC。
增益、相位、I/Q偏移和反Sinc增益、相位調(diào)整、I/Q偏移和反sinc模塊是許多IF/RF DAC的附件。
增益、相位調(diào)整和I/Q偏移常常一起使用以獨(dú)立調(diào)諧輸出信號(hào)I/Q通道，補(bǔ)償不同類(lèi)型的I/Q失配(DAC、模擬濾波器和調(diào)制器引起)，最終從模擬調(diào)制器后輸出一個(gè)低本振泄漏和低鏡像的理想復(fù)信號(hào)。
反sinc濾波器補(bǔ)償DAC引起的sinc滾降，這種滾降會(huì)影響平坦度和信號(hào)幅度，尤其是在采用高中頻或直接射頻架構(gòu)的寬帶應(yīng)用中。
以上簡(jiǎn)要說(shuō)明了當(dāng)前IF/RF轉(zhuǎn)換器中集成的典型DDC和DUC——它們是何物，為何需要它們，以及它們?cè)谛盘?hào)鏈中如何工作。了解這些內(nèi)容并正確使用它們，將能減少資源占用并減輕FBGA/ASIC中的編碼工作，以及節(jié)省系統(tǒng)的功耗和成本哦，如此實(shí)用的知識(shí)快快get起來(lái)。
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