原来,数据转换器中的DDC和DUC通道是这样工作的

亚德诺半导体2018-12-05 13:11:39

为实现高速的数据速率,数字转换器中的数字中频处理——DDC (数字下变频器)和DUC(数字上变频器)是其中主要的功能模块。本文要讲述的是“IF和RF转换器中的集成DDC和DUC通道在实际应用中如何工作的”。


在现代数字移动通信系统中,发射和接收路径(包括下面描述中的反馈接收路径)可根据信号特性分为三个主要电路级:射频级、模拟中频级和数字中频级。


图1是典型发射机和接收机的框图。


图1. 发射机或接收机的典型框图


射频级处理射频信号,在当前LTE标准中,其信号频率范围一般是700 MHz到3.8 GHz。经过混频器、调制器或解调器—这些都是混频单元—处理后,射频信号移动到DC至300 MHz以下的较低频率。


从数据转换器到混频器的处理模块包括转换器(ADC或DAC)、模拟滤波器和中频放大器,我们可以把该级称为模拟中频级


转换器之后(事实上是在转换器的量化器部分之后),信号变为数字信号;它与随后的FPGA或ASIC一起,我们称之为数字中频级。对于此级中的各数字信号处理模块,在Tx路径中通常称之为DUC(数字上变频器),在Rx路径中通常称之为DDC (数字下变频器)。


直接射频架构是例外,其中数据转换器直接对射频信号采样,因而没有模拟中频级,信号链仅由射频级和数字中频级构成。


典型DDC模块包括载波选择、下变频器、滤波器和抽取器。这些功能模块按顺序工作,或者可分别予以旁路,最终根据后续FPGA或ASIC(其采样速率较低)的要求,产生一个位于DC的复信号或一个实信号。


典型DUC模块包括插值、滤波器、上变频器和载波合并器。根据系统架构设计,DUC产生一个位于DC的复信号或中频信号,或者直接产生射频信号。DUC的处理几乎与DDC的处理相反。


常常将多个DDC和DUC级级联以提供灵活性。独立的DDC和DUC需要并行处理多个载波,合并之后输出发射信号或在接收信号中将其分离。


DDC

Rx链路需要较高采样速率以避免信号混叠,简化模拟滤波器设计,提供更宽的信号频带。但另一方面,为了节省功耗、成本以及FPGA/ASIC中的高速逻辑,最好降低接口上的数据速率。转换器的集成DDC将解决上述要求。


图2是典型DDC的框图。


图2. DDC框图


NCO和混频器

为了从干扰(阻塞信号和其他载波)中选择所需的载波,NCO的输出频率与输入中频信号混频以将所需载波频移到DC。这样可以降低后续滤波和抽取级的复杂度。


滤波和抽取

在NCO和混频级之后,使用一个低通滤波器来选取所需的滤波并抑制其他不需要的信号。滤波器之后,使用一个2倍抽取器来降低数据速率。为了节省资源并向客户提供灵活性,半带FIR滤波器加2倍抽取器被合并在一个模块中;重复使用该模块以级联三到四级。系统设计者可根据应用需要选择使用其中的一部分或全部。转换器也可能提供2倍之外的其它抽取率以提供更大的灵活性,尤其是在RF ADC中。


DUC

Tx链具有与Rx链相同的要求:需要高采样速率以简化滤波器设计,使信号频率位于高中频或直接变为射频,以及远远地推开镜像,但接口希望使用较低的数据速率。转换器的集成DUC将解决这些要求。


图3是典型DUC的框图。


图3. DUC框图


插值和滤波

最简单的数字插值算法称为"零填充",即在每两个样本之间插入0。采样速率加倍,但在得到的频谱中也会产生频率为Fs – Fif的镜像。因此,在插值器之后需要使用一个滤波器级,以便消除镜像或原始载波(依据应用而定)。如果消除的是原始载波,结果将是插值和Fs/2的粗调。


像在DDC中一样,2倍插值和滤波器被合并为一个模块。然后重复此功能模块并级联三到四级,以提高灵活性。也可使用2倍之外的其他插值系数以提供更大的灵活性,尤其是在RF DAC中。


NCO和混频器

DUC中的NCO和混频器级与DDC中的相同模块非常相似,但功能相反,即根据系统架构的要求,将载波频移到所需的中频或射频频率。在零中频架构中,可旁路此模块以使载波保持在DC。


增益、相位、I/Q偏移和反Sinc增益、相位调整、I/Q偏移和反sinc模块是许多IF/RF DAC的附件。


增益、相位调整和I/Q偏移常常一起使用以独立调谐输出信号I/Q通道,补偿不同类型的I/Q失配(DAC、模拟滤波器和调制器引起),最终从模拟调制器后输出一个低本振泄漏和低镜像的理想复信号。


反sinc滤波器补偿DAC引起的sinc滚降,这种滚降会影响平坦度和信号幅度,尤其是在采用高中频或直接射频架构的宽带应用中。


以上简要说明了当前IF/RF转换器中集成的典型DDC和DUC——它们是何物,为何需要它们,以及它们在信号链中如何工作。了解这些内容并正确使用它们,将能减少资源占用并减轻FBGA/ASIC中的编码工作,以及节省系统的功耗和成本哦,如此实用的知识快快get起来~

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