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軟件無(wú)線電對(duì)模數(shù)變換的技術(shù)要求包括以下幾個(gè)方面:
(1)采樣方法應(yīng)滿足采樣定理,適當(dāng)加入抗混迭濾波器;
(2)寬帶化,如在中頻對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化,信號(hào)帶寬通常在十幾到幾十兆赫茲;
(3)保持較高的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍;
(4)高采樣率,應(yīng)盡量在中頻或射頻工作,以盡可能保證整機(jī)的軟件化處理;
(5)減少量化噪聲。
模數(shù)變換主要是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣,然后量化編碼為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào);數(shù)模變換是模數(shù)變換的逆過(guò)程,主要是將當(dāng)前數(shù)字信號(hào)重建為模擬信號(hào)。下面主要介紹采樣和重建的方法。
1.低通采樣
2.內(nèi)插公式
3.帶通采樣
4.過(guò)采樣
1.采樣速率和分辨率
對(duì)于ADC而言,采樣速率和分辨率是兩個(gè)非常重要的指標(biāo)參數(shù)。其中,采樣速率表示模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的速率,與ADC器件的制造技術(shù)有關(guān),取決于ADC中比較器所能提供的判斷能力。分辨率表示模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后的比特?cái)?shù)。
一般而言,采樣速率和分辨率是互相制約的關(guān)系。采樣速率每提高一倍,分辨率大約損失1bit。這主要是由于采樣時(shí)刻的抖動(dòng),即孔徑抖動(dòng)或稱為孔徑不定性。
2.信噪比
ADC的信噪比(SNR)反映了量化過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)噪聲信號(hào)部分的均方根值和量化噪聲的均方根值的比值。
3.有效轉(zhuǎn)換位數(shù)
對(duì)于實(shí)際的A/D變換系統(tǒng),由于存在著電噪聲、外界干擾和模擬電路的非線性畸變等因素的影響,僅以理想的分辨率來(lái)度量系統(tǒng)性能是不夠的。
4.無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍
無(wú)失真動(dòng)態(tài)范圍(SFDR,Spurious-FreeDynamicRange)表示ADC在強(qiáng)信號(hào)干擾下檢測(cè)微弱信號(hào)的能力,在有的書(shū)中也被稱為無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍或無(wú)寄生動(dòng)態(tài)范圍。SFDR可以按兩種方式進(jìn)行定義:
(1)定義為滿量程(FS)信號(hào)的均方根值與輸出信號(hào)中zui大寄生信號(hào)的均方根值的比值,用dBFS表示;
(2)定義為輸入信號(hào)幅度的均方根值與輸出信號(hào)中zui大寄生信號(hào)的均方根值的比值,表示為dBc。
在理想情況下,SFDR的zui大值出現(xiàn)在滿幅度輸入的情況下。在實(shí)際情況中,SFDR的zui大值比滿幅度輸入至少低幾個(gè)dB,這是由于在輸入信號(hào)幅度接近滿幅度時(shí)ADC的非線性及失真現(xiàn)象將更加嚴(yán)重。因此,在實(shí)際中,應(yīng)避免使ADC輸入信號(hào)幅度接近滿幅度。
在理想情況下,采樣過(guò)程是瞬間完成的。然而,對(duì)于實(shí)際的A/D變換過(guò)程,從發(fā)出采樣命令到實(shí)際開(kāi)始采樣需要一定的時(shí)間,即實(shí)際采樣點(diǎn)與理想采樣點(diǎn)之間存在著一定的時(shí)間延遲,稱為孔徑時(shí)間(ApertureTime)。對(duì)于一個(gè)動(dòng)態(tài)模擬信號(hào),在ADC接通的孔徑時(shí)間里,輸入的模擬信號(hào)值是不確定的,從而引起輸出的不確定誤差,這就是所謂的孔徑誤差。孔徑誤差會(huì)導(dǎo)致ADC采樣精度和信噪比的下降,且與被采樣信號(hào)的頻率f成正比。
6.非線性誤差
非線性誤差是轉(zhuǎn)換器的重要精度指標(biāo),表示了ADC實(shí)際轉(zhuǎn)換值與理論轉(zhuǎn)換值之間的差別。非線性誤差主要包括兩類:差分非線性(DNL,DifferentialNon-Linearity)誤差和積分非線性(INL,IntegralNon-Linearity)誤差。
差分非線性誤差(DNL)是指ADC實(shí)際的量化電平與理論的量化電平之間的差異,這主要由于A/D本身的電路結(jié)構(gòu)和制造工藝等原因,引起在量程中某些點(diǎn)的量化電壓和標(biāo)準(zhǔn)的量化電壓不*而造成的。DNL引起的失真分量與輸入信號(hào)的幅度和非線性出現(xiàn)的位置有關(guān),通常用和理想電平相差的百分比來(lái)表示。
積分非線性誤差(INL)是指ADC實(shí)際轉(zhuǎn)換特性函數(shù)曲線與理想轉(zhuǎn)換特性直線之間的zui大偏差,主要是由于A/D模擬前端、采樣保持器及ADC的傳遞函數(shù)的非線性所造成的。理想轉(zhuǎn)換特性直線可以利用zui小均方算法得到,而INL引起的各階失真分量的幅度隨輸入信號(hào)的幅度變化。如果輸入信號(hào)每增加1dB,則二階交調(diào)失真分量增加2dB,三階交調(diào)失真分量增加3dB。
7.互調(diào)失真
當(dāng)兩個(gè)正弦信號(hào)、同時(shí)輸入ADC時(shí),由于器件的非線性,其輸出頻譜除了含有這兩個(gè)頻率的分量之外,還將產(chǎn)生許多失真產(chǎn)物,由此所造成的失真稱為互調(diào)失真(IMD,InterModulationDistortion),其中m+n的數(shù)值表示失真的階數(shù)。在所有的互調(diào)失真中,二階和三階的互調(diào)產(chǎn)物zui為重要。前者容易通過(guò)數(shù)字濾波器濾除,而后者由于與、離得很近而很難濾除。
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