摘要

ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)新推出的低功耗，高密度，高采樣率，高性 能的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，這款芯片目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在通信行業(yè)。本文以時(shí)分通信系統(tǒng)為 例，詳細(xì)介紹了 ADS58H40 在 F 頻段和 A 頻段中的應(yīng)用，通過合理的設(shè)置中頻，利用頻譜 搬移原理，在采用較低采樣率時(shí)，使用一個(gè) ADC 通道同時(shí)完成 F 頻段和 A 頻段的接收，為研發(fā)工程師提供一個(gè)低成本，高性能的方案。

目錄

1 ADS58H40 簡介

2 時(shí)分通信系統(tǒng)的 F+A 頻段 RRU 通信系統(tǒng)

2.1 TD-LTE 系統(tǒng)頻點(diǎn)

2.2 時(shí)分系統(tǒng) F+A 頻段的設(shè)備實(shí)現(xiàn)

3 ADS58H40 在時(shí)分通信系統(tǒng)中 F+A 頻段的應(yīng)用

3.1 低本振時(shí)，F(xiàn)+A 頻段的實(shí)現(xiàn)

3.2 中間本振時(shí)，F(xiàn)+A 頻段的實(shí)現(xiàn)

4 ADS58H40 測(cè)試結(jié)果

5 總結(jié)

6 參考文獻(xiàn)

1 ADS58H40 簡介

ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)推出的采樣頻率高達(dá) 250MSPS 的高線性，4 通道

11 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。ADS58H40 采用 SNRBoost3G+技術(shù)，在 170MHz 中頻時(shí) SFDR 為

85dBc，SNR 為 71dBFS(90MHz 信號(hào)帶寬)，可為滿足那些要求高信號(hào)帶寬的多載波與多模式通信系統(tǒng)(如 TD-LTE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA 以及 WiMAX 等)的 SFDR 和 SNR 的要 求，滿足系統(tǒng)指標(biāo)需求。同時(shí)它還有可用于支持反饋通道 125MH 帶寬信號(hào)的 14bit Burst 模式。

ADS58H40 的關(guān)鍵特性和優(yōu)勢(shì)

l 可編程 SNRBoost3G+技術(shù)可實(shí)現(xiàn) 90MHz 帶寬下高達(dá) 71dBFS 的 SNR 性能，從而滿足客戶

3G 與 4G 接收機(jī)規(guī)范的要求;

l 低功耗：在 250MSPS 下單位通道功耗為 365mW，可幫助制造商成功設(shè)計(jì)低功耗高密度四通道接收機(jī)與數(shù)字預(yù)失真(DPD)反饋環(huán)路;

l 三種輸出模式靈活選取。輸出可選 11bit 輸出，11bit SNRBoost3G+模式輸出和 14bit Burst 模式輸出，可同時(shí)用于接收和 DPD 反饋鏈路;

l 包括 DAC3484、LMH6522/1、TRF3705、LMH0480x、GC5330 以及 TMS320C6748 在內(nèi)的

完整信號(hào)鏈可加速產(chǎn)品的上市進(jìn)程。

作為完整信號(hào)鏈的一部分，ADS58H40 四通道 ADC 可以無縫連接 TI 的 DVGA(如 LMH6522/1)以 及功放預(yù)失真(DPD)芯片 GC5330，GC5337 等，同時(shí) TI 提供完整的時(shí)鐘分配 LMK0480X 的 解決方案。

ADS58H40 是 4 通道的產(chǎn)品。它采用 TI 的專利 SNRBoost3G+技術(shù)，把信噪比提升，達(dá)到 14bit ADC 的信噪比，可以用在通信系統(tǒng)的接收通道，同時(shí)也支持 14bit Burst 模式，使其成為一個(gè) 14bit 250MHz 的 ADC，用在通信系統(tǒng)的 DPD 反饋接收通道中。

圖 1. 14Bit Burst 模式下 ADS58H40 輸出頻譜圖

圖 2. SNRBoost 功能打開 ADS58H40 輸出頻譜圖

2 時(shí)分通信系統(tǒng)的 F+A 頻段 RRU 通信系統(tǒng)

2.1 TD-LTE 系統(tǒng)頻點(diǎn)

TD LTE 是中國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代移動(dòng)通信技術(shù)。它吸納了 TD-SCDMA 的主要技術(shù)元 素，體現(xiàn)了我國通信產(chǎn)業(yè)在寬帶無線移動(dòng)通信領(lǐng)域的最新自主創(chuàng)新成果。2004 年，中國在標(biāo)準(zhǔn) 化組織 3GPP 提出了第三代移動(dòng)通信 TD-SCDMA 的后續(xù)演進(jìn)技術(shù) TD-LTE，并主導(dǎo)完成了相關(guān) 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

工業(yè)和信息化部發(fā)布的《工業(yè)和信息化部關(guān)于國際移動(dòng)通信系統(tǒng)(IMT)頻率規(guī)劃事宜的通 知》中正式明確了 TD 系統(tǒng)的頻率分配。

F 頻段(1880MHz～1920MHz)：共計(jì) 40MHz A 頻段(2010MHz～2025MHz)：共計(jì) 15MHz E 頻段(2320MHz～2370MHz)：共計(jì) 50MHz D 頻段(2500MHz～2690MHz)：共計(jì) 190MHz

2.2 時(shí)分系統(tǒng) F+A 頻段的設(shè)備實(shí)現(xiàn)

在頻域，采樣過程實(shí)際就是原模擬信號(hào)在頻譜的重復(fù)。當(dāng)信號(hào)頻帶不變而采樣速率降低時(shí)，重復(fù)頻譜間的距離越來越近，采樣速率降到一定時(shí)，頻譜開始出現(xiàn)混疊，這時(shí)信號(hào)將失真。這就是奈奎斯特采樣定理要求如果要從相等時(shí)間間隔的采樣點(diǎn)中，無失真地重建模擬信號(hào)波形，則采樣頻率必須大于或等于模擬信號(hào)中最高頻率成份的兩倍。但當(dāng)對(duì)帶通信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，可采用欠采樣技術(shù)，即采樣速率可以小于信號(hào)最高頻率的兩倍。欠采樣技術(shù)又稱諧波采樣或帶通采樣技術(shù)。但是即使是帶通采樣，也必須大于帶通信號(hào)帶寬的 2 倍

對(duì)于 TD 系統(tǒng)的 F 頻段和 A 頻段。如果要采用一個(gè)通道的 ADC 進(jìn)行采樣，采樣率至少要大于 2 倍的 F+A 頻帶帶寬(F+A 頻帶帶寬：2025-1880=145MH)。出于抗混疊濾波的考慮，預(yù)留 40M 的過渡帶，那么采樣率需要增加到 330M。對(duì) ADC 的采樣率提出了很高的要求。滿足系統(tǒng)要求的 ADC 功耗，價(jià)格都很高，在實(shí)際系統(tǒng)中很難得到大規(guī)模的應(yīng)用。

目前的常規(guī)實(shí)現(xiàn)方法是把 F 頻段和 A 頻段獨(dú)立接收，系統(tǒng)為每個(gè)頻段安排一個(gè)合適的本振，將信 號(hào)變到對(duì)應(yīng)的中頻，然后把 F 頻段和 A 頻段用不同的 ADC 進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行基帶處理。這樣的缺點(diǎn)就是至少需要一個(gè)雙通道的 ADC 才能完成一個(gè) F 頻段和 A 頻段的信號(hào)處理。以 ADC 采樣 率 122.88MH 為例，如中心頻點(diǎn)在 92.16M，通過 Mixer 分別變頻，ADC 分別采樣，可得下圖。

圖 3. 雙本振時(shí)，F(xiàn) 頻段 A 頻段頻譜示意圖

圖 4. 雙本振時(shí)，F(xiàn) 頻段 A 頻段對(duì)應(yīng)中頻頻譜示意圖

3 ADS58H40 在時(shí)分通信系統(tǒng)中 F+A 頻段的應(yīng)用

根據(jù)離散傅立葉變換公式可知，時(shí)域的采樣等于頻域的周期延拓，這些延拓后的頻譜最終都會(huì)被 折返到第一奈奎斯特域中。信號(hào)的幅度相等，相位會(huì)隨著奈奎斯特域的不同而不同。

3.1 低本振時(shí)，F(xiàn)+A 頻段的實(shí)現(xiàn)

通過對(duì) F 頻段和 A 頻段的信號(hào)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)盡管信號(hào)總帶寬很寬，但信號(hào)本身是不連續(xù)的，F(xiàn) 頻段帶寬是 35MHz 在(5MHz 的保護(hù)帶寬)，A 頻段帶寬是 15MHz，他們之間有 95MHz 的固定 間隔。利用帶通采樣定理和傅立葉變換，通過合理安排中頻頻點(diǎn)和采樣頻率，利用采樣后頻譜周期延拓，在低采樣率的條件下可實(shí)現(xiàn) F，A 頻段同時(shí)接收而不引起混疊。這樣就可以使用一個(gè) ADC 通道同時(shí)完成 F 頻段和 A 頻段的接收，比常規(guī)的方法減少了一倍的接收通道，使成本大大的降低。

假設(shè) ADC 采樣率為 250MHz。如采用低本振的方式，可以將 F 頻段信號(hào)放在奈奎斯特域 1 區(qū)，將 A 頻段放在奈奎斯特域 2 區(qū)，原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的信號(hào)和 A 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的延 拓信號(hào)頻譜不能混疊。

圖 5. 低本振時(shí) F 頻段 A 頻段頻譜示意圖

從表格中可以看出本振的可以選擇范圍還是比較大的。A 頻段和 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的相對(duì)位 置如下圖所示：

圖 6. 低本振時(shí)，F(xiàn) 頻段 A 頻段對(duì)應(yīng)中頻頻譜示意圖

此種方式可以實(shí)現(xiàn)在 250MHz 的采樣率條件下，實(shí)現(xiàn) F，A 兩個(gè)頻段的同時(shí)采樣，但是因?yàn)橹蓄l 帶寬太寬，相對(duì)采樣率太低。抗混疊濾波器的帶寬很寬，增加了成本和降低了帶外抑制，制約了前級(jí)抗抗混的濾波器的實(shí)現(xiàn)，也降低了系統(tǒng)的阻塞特性。對(duì)于系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)來說，有很大的困難。

3.2 中間本振時(shí)，F(xiàn)+A 頻段的實(shí)現(xiàn)

如果考慮將本振放在 F 頻段和 A 頻段之間，對(duì) F 頻段使用高本振，對(duì) A 頻段使用低本振，將 F 頻 段信號(hào)放在奈奎斯特負(fù)區(qū)，A 頻段信號(hào)放在奈奎斯特 1 區(qū)，原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的延拓 信號(hào)和 A 頻段在奈奎斯特 1 區(qū)的信號(hào)頻譜不能混疊。

圖 7. 中間本振時(shí) F 頻段 A 頻段頻譜示意圖

圖 8. 本振 1980MH 時(shí)，F(xiàn) 頻段 A 頻段對(duì)應(yīng)中頻頻譜示意圖

經(jīng)過分析可知：此種方法在 250MHz 的采樣率，可以實(shí)現(xiàn) F，A 兩個(gè)頻段的同時(shí)采樣，對(duì)于抗混 疊濾波器，通帶設(shè)置在奈奎斯特 1 區(qū)就可以了，大大降低了實(shí)現(xiàn)難度，同時(shí)提升了對(duì)其他奈奎斯特區(qū)的抑制。

4 ADS58H40 測(cè)試結(jié)果

下面給出了 ADS58H40 在不同頻點(diǎn)下的測(cè)試結(jié)果，可以看出 ADS58H40 可以提供 90M 的信號(hào)帶 寬，而且在帶寬內(nèi)的性能指標(biāo)完全可以滿足系統(tǒng)的要求。

圖 9. Fin 為 30MHz 時(shí)，ADS58H40 輸出頻譜圖

圖 10. Fin 為 100MHz 時(shí)，ADS58H40 輸出頻譜圖

5 總結(jié)

ADS58H40 是德州儀器(Texas Instruments)新推出的低功耗，高密度，高采樣率，高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，這款芯片目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在通信行業(yè)。本文以 TD 系統(tǒng)為例，詳細(xì) 介紹了 ADS58H40 在 F+A 頻段中的應(yīng)用，通過合理的設(shè)置中頻，利用傅立葉變換帶來的頻譜搬移，在采用較低采樣率時(shí)，使用一個(gè) ADC 通道同時(shí)完成 F 頻段和 A 頻段的接收，為研 發(fā)工程師提供一個(gè)低成本，高性能的方案。

6 參考文獻(xiàn)

1. ADS58H40 Datasheet

2. SNRBoost ADC(ZHCA123)，冷愛國， http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=zhca123&fileType=pdf

3. 超 寬 帶 系 統(tǒng) 中 ADC 前 端 匹 配 網(wǎng) 絡(luò) 設(shè) 計(jì) ， Lu Wenjing

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca489/zhca489.pdf

4. 直 流 偏 移 校 正 功 能 與 ADS58H40 PCB 布 局 優(yōu) 化 ， Tu lance

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca564/zhca564.pdf