Ian Beavers, Analog Devices [ian.beavers@analog.com]

Широкополосные, до нескольких гигасемплов в секунду, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) предоставляют возможность работы с широким спектром частот и значительно увеличивают производительность высокоскоростных систем сбора данных, но в то время когда некоторые приложения нуждаются в широкополосных данных, другие могут требовать входного фильтра для возможности работы в узкой полосе спектра.

Сегодня преобразователи данных на ПЛИС, которые ранее использовались для децимации и фильтрации широкополосного сигнала, при подготовке его к последующей обработке могут быть заменены высокопроизводительными гигасэмпельными АЦП с интегрированной схемой цифрового переноса частоты вниз (DDC). Это  также уменьшит необходимую скорость передачи данных и, соответственно, сложность печатной платы, путем снижения количества линий передачи интерфейса JESD204B.

Прореживание позволяет наблюдать периодические сигналы в отсчетах АЦП, игнорируя остальные, в результате, мы можем получить необходимое снижение частоты оцифровки АЦП. Например, прореживание на М, выдает каждый М-ный отсчет в каждом периоде оцифровки, при этом отбрасывает остальные значения между М отсчетами.

АЦП должен включать в себя генератор с цифровым управлением (NCO) и компоненты фильтрации смесителя, которые используются в качестве дополнения к функции децимации. Цифровая фильтрация эффективно удаляет внеполосный шум в заданной полосе, ширина которой определяется коэффициентом децимации. Генератор с цифровым управлением NCO используется в качестве гетеродина и содержит делитель частоты дискретизации с точностью установки, определяемой количеством бит управляющего слова. Управляющий регистр задает диапазон и разрешение для спектрального фильтра, где это необходимо.

Полоса пропускания фильтра должна соответствовать эффективной ширине спектра преобразователя после прореживания. Неоспоримым преимуществом использования DDC является способность расположить гармоники основной частоты таким образом, чтобы они не входили в интересующую наблюдателя полосу частот.

Цифровая обработка с помощью DDC фильтра убирает шум в уменьшенной полосе пропускания. Расчет SNR идеального АЦП должен включать коэффициент сжатия спектра при фильтрации шумов. Использование идеального цифрового фильтра дает выигрыш в соотношении сигнал-шум на 3 дБ для каждого уменьшения полосы пропускания в два раза:

 

Ideal SNR (with processing gain) = 6.02×N + 1.76 dB + 10×log(f_S/(2×BW))