数模转换器无杂散动态范围的改善

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1、数模转换器无杂散动态范围的改善　　(1.包头职业技术学院电气工程系，内蒙古包头014030； 　　2.XX航空职业技术学院电子工程系，四川XX610072) 　　摘要：文章阐述了无杂散动态范围及其利用直接数字频率合成技术改善无杂散动态范围的理论基础，并探讨了利用直接数字频率合成技术改善数模转换器的无杂散动态范围的方法。 　　关键词：直接数字频率合成；数模转换器；无杂散动态范围 　　中图分类号：TN792文献标识码：A文章编号：HTK1007—6921(XX)21—0068—02 　　无杂散动态范围是数模转换器的主要性能指标之一

2、，改善数模转换器的无杂散动态范围对提高数模转换器的性能具有很重要的作用。 1无杂散动态范围概述 　　数模转换器(DAC)的作用是将数字信号转换为模拟信号，这逐渐成为我们日常生活中司空见惯的事。例如，在蜂窝电话、CD和DVD播放器以及HDTV中，都可以发现DAC的身影。直接数字频率合成器(DDS)也是一种DAC，可以生成数字正弦信号，并将其馈入DAC来产生相应的模拟信号。文章将重点介绍新近出现的一项技术突破，它借助DDS技术大幅提升了DAC的无杂散动态范围(Spurious-freeDynamicRange，SFDR)性能，它是基本频率与杂

3、波信号最大值的数量差，SFDR通常以dBc(相对于载波频率幅度)或dBFS(相对于DAC的满量程范围)表示，具体取决于测量条件。图1给出了无杂散动态范围(SFDR)的示意。其中假设送入转换器的信号为纯正弦。基频分量的rms值与最大的谐波杂散之间的幅度差值定义为无杂散动态范围。 　　740)this.width=740"border=undefined#111nmousewheel="returnzoom_img(event,this)"> 　　2利用直接数字频率合成技术改善SFDR的理论基础 　　根据采样定律，DAC可

4、以将数字信号正确无误的转换成等效的模拟信号，但实际上，转换过程几乎不可能是完美的。DAC的数字分辨率会引入量化误差，此外，其他误差，例如线性度误差，会造成DAC输出频谱上出现不期望的谐波分量，这些谐波往往是限制DAC无杂散动态范围(SFDR)性能的一个因素。 　　一般说来，谐波并不是一个严重的问题，可以将其从输出频谱中滤除。不过，谐波信号并不总是出现在容易观察到的频率点上。例如，假定一个以100MHz采样的DAC可以产生一路频率为26MHz的正弦信号，可以预料到，其三次谐波会出现在78MHz频率处，这可以轻松地滤除。事实上，由于采样的影响，

5、在22MHz处还会出现一个三次谐波的镜像。该镜像距离26MHz的基频信号只有4MHz的间隔，这使得滤除谐波信号的工作难度大大增加。显然，如果谐波可以有选择性的衰减，则DAC的SFDR性能将得到极大的提升。 　　一个可选的方案是对DAC输入端的数字信号进行预失真处理，以抵消失真信号。众所周知，将两个具有相同频率、幅值相同但方向相反的正弦信号相加，则这两路信号将完全抵消。首先，原始正弦信号的幅值为P、频率为ωP，任意杂散分量的幅值为S、频率为ωS的，原始信号和杂散分量之间的频率关系为ωS=NωP(其中N>1)。在杂散正弦信号为谐波的特殊情况下，

6、N是一个>1的整数。原始信号和杂散正弦之间的幅值关系为S=αP，其中一般α接下来，我们产生一个幅值为C的对消正弦信号，其频率与杂散正弦信号相同，但与杂散正弦信号间存在任意角度q的相位差。对消和杂散正弦信号之间的幅值的关系是：C=βS。不过，由于杂散正弦信号和对消正弦信号具有相同的频率，它们结合在一起会形成幅值为R、频率为ωS的单路合成正弦信号。综合考虑P、S和C之间的关系，并考虑到S和C之间存在相位差θ，则可以证明，合成正弦信号的幅值可由下式给出： 　　740)this.width=740"border=undefined#111nmouse

7、wheel="returnzoom_img(event,this)"> 　　当对消正弦信号的幅值与杂散正弦信号相同，而两者间存在180°的相位差时，即β=1，θ=180°(πrad)，在这一条件下，正如所期望的，R=0。 　　推导出上述关于R的表达式后，考察R、β和θ之间的定量关系将十分有益。考虑比值R/αP，可以很好地实现这一目标，该比值可以给出合成正弦信号与杂散正弦信号之间的相对幅值关系。如果以dB为单位，则该比值可以表示为： 　　740)this.width=740"border=undefined#111nmousewheel=

8、"returnzoom_img(event,this)"> 　　3利用直接数字频率合成技术改善SFDR的实现方法 　　740)this.width=