没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
高速中频采样和数字下变频的研究.doc
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 196 浏览量
2023-09-07
16:35:51
上传
评论
收藏 4.08MB DOC 举报
温馨提示
试读
143页
高速中频采样和数字下变频的研究.doc
资源推荐
资源详情
资源评论
目 录
致谢……………………………………………………………………………………...1
摘要……………………………………………………………………………………...2
Abstract…………………………………………………………………………….…4
第一章 绪 论……………………………………………………………………….6
第一节 软件无线电及其关键技术……………………………………………………..6
第二节 A/D 转换器及其在无线电接收机中的应用………………………….………...9
第三节 无线电接收机中的数字下变频………………………………………………….14
第二章 A/D 变换器的性能与性能指标…………………………………………….21
第一节 信号的量化与量化噪声………..………………………………………………21
第二节 ADC 的性能指标…………………………………………………………………27
第三节 孔径时间、孔径时间晃动及其对 ADC 精度的影响…………………………………36
第三章 数字频谱分析……………………………………………………………..42
第一节 数字频谱法的基本流程………………………………………………………….42
第二节 数字频谱分析的基础…………………………………………………………….42
第三节 窗函数…………………………………………………………………………45
第四节 选择合适的记录长度 M………………………………………………………….48
第五节 采样频率与信号频率的选择…………………………………………………….50
第六节 数字频谱分析……………………………………………………………………51
第七节 谱平均…………………………………………………………………………53
第八节 几种“信噪比”与有效位公式的说明………………………………………………56
第四章 Dither 的原理及其在 ADC 中的应用…………………………………………58
第一节 Dither 信号在 ADC 中的运用和发展历史…………………………………………58
第二节 A/D 转换所产生的噪声和失真……………………………………………………59
第三节 Dither 技术及其应用……………………………………………………………65
第四节 实现 Dither 的具体电路…………………………………………………………74
第五章 ADC 性能仿真…………………………………………………………………77
第一节 A/D 转换器的模型………………………………………………………………77
第二节 ADC 仿真系统…………………………………………………………………….78
第三节 ADC 仿真结果……………………………………………………………………79
第四节 仿真结果总结……………………………………………………………………86
第五节 仿真结果分析……………………………………………………………………86
第六章 中频采样电路的设计…………………………………………………………87
第一节 高速高精度 A/D 转换器…………………………………………………………87
第二节 模拟信号和采样时钟的耦合方式………………………………………………88
第三节 Dither 信号的发生电路和接入方法………………………………………………93
第四节 数字输出信号的锁定和驱动…………………………………………………….96
第五节 用于 ADC 性能测试的数字输出接口板…………………………………………….97
第六节 AD6644采样板的设计……………………………………………………………97
第七节 PCB 板布局和走线的考虑……………………………………………………….98
第七章 高速高精度 ADC 的测试结果…………………………………………………99
第一节 测试条件……………………………………………………………………….99
第二节 基本测试结果…………………………………………………………………101
第三节 加入 Dither 后的测试结果……………………………………………………103
第四节 采样频率对 ADC 指标的影响……………………………………………………104
第五节 输入信号频率对 ADC 指标的影响………………………………………………105
第六节 电源电压对 ADC 指标的影响……………………………………………………106
第七节 输入信号幅度对 ADC 性能的影响………………………………………………106
第八节 时钟抖动对 ADC 性能的影响……………………………………………………107
第九节 ADC 双音互调的测试…………………………………………………………107
第十节 前端电路对 ADC 指标的影响……………………………………………………108
第十一节 测试结果分析…………………………………………………………………108
第八章 数控振荡器与数字滤波器…………………………………………………111
第一节 数控振荡器……………………………………………………………………111
第二节 线性相位 FIR 滤波器…………………………………………………………112
第三节 CIC 滤波器……………………………………………………………………122
第九章 数字下变频的设计…………………………………………………………125
第一节 主要的数字下变频芯片………………………………………………………125
第二节 数字 I、Q 复解调系统的设计……………………………………………………130
第十章 数字 I、Q 复解调系统的测试…………………………………………………134
第一节 测试原理………………………………………………………………………134
第二节 实际数字 I/Q 复解调系统的测试………………………………………………138
结束语…………………………………………………………………………………141
附 录 无线电 RF 和 IF 信号模数变换中潜在的技术和方法………………………143
1 均匀量化……………………………………………………………………………143
2. μ率量化……………………………………………………………………………144
3. 自适应量化技术………………………………………………………………………146
4. 差分量化技术…………………………………………………………………………147
参考文献………………………………………………………………………………150
攻读学位期间发表的学术论文………………………………………………………153
摘 要
随着数模转换器硬件的快速发展和 DSP 处理能力及处理速度的逐步提高,软件无线电技术
在商用和军用无线电通信领域也越来越显示出其强大的吸引力。本文研究的高速中频采样和数
字下变频技术是目前蓬勃发展的软件无线电领域的两项关键技术。
在论文的第一章介绍了软件无线电的概念及其由来、软件无线电的基本结构和主要特点。
随后,总结了软件无线电中的几项关键技术,即信号的干扰、宽带射频天线、宽带 A/D/A、高
速数字信号处理和高速总线和高速 I/O 接口;概括了 A/D 转换器在无线电接收机中的应用;并
介绍了无线电接收机中的各种采样方式:奈奎斯特采样、过采样、正交采样和带通采样。又从
正确接收信号的角度出发,分析了用抗混叠滤波器滤除带外能量,并且讨论了量化噪声、谐波
失真和接收机噪声之间的关系。最后,介绍了数字接收机的基本原理,并重点介绍了其中的数
字下变频部分,还比较了几种不同的数字下变频芯片并对数字下变频作一简单总结。
第二章从量化器的基本原理出发,分析了量化过程和 ADC 的输入/输出特性曲线,进而推
导出 ADC 的量化噪声、信噪比和有效位数。接着从 ADC 的传递函数的角度出发,定义了 ADC
的静态性能指标。因动态性能指标是衡量高速高精度 ADC 的重要指标,所以,本章还重点介绍
了 ADC 的动态性能指标。最后,分析了 ADC 的孔径时间和孔径误差,由此推出孔径抖动对 ADC
性能(主要是 SNR)的影响。
第三章介绍了数字频谱分析方法,分析了相干采样和非相干采样,由此提出用加窗的方法
改善频谱的泄漏。此外,还探讨了如何选择合适的信号记录长度以及采样频率和输入信号频率。
最后,推导了各项 ADC 指标的计算公式、谱平均算法,并对几种常见的信噪比公式进行了说明。
第四章是本文重要的一章。它回顾了 dither 在 ADC 中的应用和发展历史,分析了理想量化、
相干采样和 ADC 的非线性特性引起的谐波失真。接着介绍了 dither 的三种形式及其应用方法,
在分析谐波失真的基础上,分析了 dither 对 ADC 性能的影响,指出 dither 能改善因理想量化、
相干采样和 ADC 的非线性特性而造成的谐波失真,并对改善的机理作了说明。最后,列举了多
种产生 dither 信号的方法和电路。
第五章是关于 ADC 的性能仿真。在这一章里,首先分析了高速高精度 ADC 的结构,在此
基础上建立了一个 ADC 的数学模型,并根据这个模型开发了一个 ADC 仿真软件。随后,运用
这个仿真系统仿真了白噪声、窄带 Dither 和时钟抖动对 ADC 性能指标的影响。仿真结果表明:
dither 可以对理想量化、相干采样和 ADC 的非线性特性而造成的谐波失真有良好的改善作用。
第六章探讨了高速中频采样电路的设计,这也是本文中重要的一章。本章首先比较了各种
高性能的中频采样芯片,并特别介绍了 AD6644 芯片。针对这些高性能的 ADC 芯片,提出了各
种模拟输入信号和采样时钟的耦合方法。这一章还介绍了 dither 电路的设计和 dither 信号的耦合、
ADC 输出数据接口电路的设计考虑。最后,介绍了两种用于分析研究高性能 AD6644 的电路设
计,并对 PCB 的布局和走线进行了说明。
第七章是对高性能 A/D 转换器 AD6644 的测试和结果测试分析。本章节介绍了测试基本框
架结构和测试必须具备的基本条件。随后,测试了不同输入频率、不同采样频率、不同 dither
信号、不同模拟供电电压等多种情况下 AD6644 的性能指标。测试结果说明了各种条件下的
ADC 的性能指标,同时验证了 ADC 的仿真结果。在本章的最后对测试结果进行了分析。
第八章从理论上分析了数字下变频中的数控振荡器和数字滤波器,导出了 FIR 滤波器的频
率响应,提出了 FIR 滤波器的设计方法。最后,介绍了一种在数字下变频中常用的一种特殊的 FIR
滤波器——CIC 滤波器。
第九章介绍了数字下变频系统的设计。本章首先介绍了常用的数字下变频芯片,并对
AD6620 和 GC1012A 作了重点介绍。之后,介绍了一个基于 GC1012A、用于雷达系统的数字复
解调系统的电路设计,同时分析了 AD6620 数字接收器电路板。最后,介绍了用 FPGA 来设计
数字下变频芯片的方法,并提出了一个基于 FPGA 的数字下变频系统方案。
第十章从 IQ 复解调的传输函数出发,介绍了数字 I/Q 复解调的测试原理和测试方法,说明
并推导了专门用于测试 I/Q 复解调系统的三个基本参数:幅度误差、相位误差和镜像抑制比。
利用测试公式对设计的数字复解调系统进行了测试。测试结果表明:本文设计的数字复解调板
达到设计目标,超过了合同的要求。
在最后的附录里介绍了一些非均匀量化方法。尽管目前的技术还不能用这些方法来制造出
高速的中频采样芯片,然而这些非线性压缩算法在理论上的确能大大地改 ADC 的性能指标,特
别是 SFDR 指标。这对无线电接收机来说是非常有意义的。这种技术必将被新一代 ADC 芯片所
采用。
Abstract
As advances in technology provide increasingly faster and less expensive digital
hardware, more of the traditionally analog functions of a radio receiver will be replaced
with software or digital hardware. The software radio has show its fascinating functions
in both commercial and military wireless communication. The high speed and high
resolution analog-to-digital converter and digital down-converter which are researched in
this thesis are two of the key technologies in the field of software radio that is vigorously
developing recently.
In chapter one, the author makes a systematic exposition of the origin and concept of the
software radio which includes the basic structure and main features of software radio, summarizes
several key technologies of software radio, such as signal interference, wideband RF antenna,
wideband A/D/A converter, high speed digital signal processing, high speed buses and high speed I/O.
This chapter also brings in various sampling methods which involve Nyquist sampling, undersampling,
quadrature sampling and oversampling. The anti-aliasing filter and out of band energy are analyzed
from the point of view about correctly receiving signal. At the same time, the effects of quantization
noise, distortion and receiver noise are discussed. At the end of this chapter, we clarify the basic
concept of digital receiver and especially the digital down-converter, we also compare several
different digital down-converter chips and simply summarize the digital down-converter.
Base on the basic concept of quantizer, the quantization process and the input-output
function of the A/D converter are discussed in the chapter two. According to the transfer
function of the A/D converter, we define the static specifications of it. The dynamic
specifications are emphasized in this chapter because they are more important for high
speed and resolution A/D converters. At last, we analyze the aperture time and aperture
error, and deduce the relationship between aperture jitter and SNR.
The third chapter is about digital spectrum analysis. The coherent sampling and
non-coherent sampling are discussed here. In addition, the windowing method is used to
improve spectrum leakage. The FFT length for analysis of signal and frequency rate of
input signal and sampling clock are also discussed in this chapter. Further more, we
expound several formulas for calculating A/D converter’s specification, and spectrum
averaging method. We explain several common-used formulas for SNR & ENOB at the
end of the chapter.
The fourth chapter is an important one. The application and development of dither in
A/D converter are reviewed at first. Then we elucidate three kinds of dither and their
application. By analyzing the harmonic distortion of ideal quantizer, coherent sampling
and DNL of A/D converters, we investigate the effect of dither on A/D converter. We
reach the conclusion that dither can improve the harmonic distortion caused by
quantization, coherent sampling and DNL of A/D converters. We also explain the reason
of such improvement and give a list of several methods and circuits for dither generation.
The fifth chapter is concerning simulation of A/D converter. We probe into the
structure of high speed and resolution A/D converter at first. Based on the structure of
A/D converter, we set up a mathematics model of A/D converter and develop a
simulation software system for A/D converter. By using this system to determine the
effect of white noise, narrow-band dither and coherence sampling on A/D converter’s
specifications, we obtain the simulation results that dither can improve greatly the
harmonic distortion caused by quantization, coherent sampling and DNL of A/D
converters.
The design of high speed IF sampling is introduced in chapter six. This is also an
important point of the thesis. We firstly illustrate several high performance chips for IF
sampling and specially introduce AD6644. In order to use these chips perfectly, we
suggest many methods for coupling analog input signal and encoding clock signal. In
additional we introduce the circuit design of dither as well as coupling of dither. The
design of A/D converter’s I/O interface is also considered. Lastly, two kinds design of
evaluation board are mentioned and PCB consideration is included too.
The seventh chapter is the testing result of AD6644 evaluation boards. At the first
state, we introduce the test bench and test condition, and then the different testing results
under the different conditions. The testing results match the theoretical analysis and
simulation results. At last we explain and analyze the testing results.
In chapter eight, we interpret the numerical controlled oscillator (NCO) and digital
filter. By deducing the frequency response of FIR filter, we recommend the design
method of FIR filter. In the end, we set forth a special FIR filter which is often used in
digital down-converter ---Cascaded Integrator Comb FIR Filter (CIC filter).
The chapter nine presents the design of digital down-converter system. We first
compare several different digital receiver chips and then emphasis on AD6620 and
GC1012A, and we describe circuit design of digital down-converter board used in radar
system. At the same time, we introduce AD6620 digital receiver board and a digital FIR
filter design based on FPGA. Finally we give a scheme of digital down-converter system
based upon FPGA.
In tenth chapter, we introduce the test theory and test method by studying the
transfer function of I/Q demodulation, and deduce the formulas for calculating three basic
parameters for I/Q demodulation. We test our GC1012A digital down-converter system
by these formulas, and the testing results show that our system meets the design
requirement.
The final appendix is regard to other potential non-uniform quantization methods
employed in RF and IF digitization. Although these methods can’t be used in current IF
A/D converters, they may be found in the new generation of IF or RF ADCs, since they
can improve ADCs specifications magnificently, especially for SFDR.
剩余142页未读,继续阅读
资源评论
南抖北快东卫
- 粉丝: 70
- 资源: 5584
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功