引言

　　随着中国开始在人口密集的都市部署第三代（3G）无线业务，各种客观局限性驱使用户对高性能模数转换器（ADC）提出更多重要需求。高速ADC的应用多种多样，但低功耗是用户普遍要求的关键因素。要为用户的最终产品提供具有竞争性的优势，ADC需要在更低的功率和更小的尺寸基础上实现高分辨率、高速度和高性能。

　　3G基础设施要求

　　高速ADC在GSM、WCDMA和TD-SCDMA基站的接收（Rx）和发射（Tx）通路中发挥着重要作用。虽然前一代设计方案广泛使用消耗功率超过1500mW的高功率ADC，新型基站设计方案仍然需要具有高性能的低功率ADC。在城域中尤其如此，因为都市需要微基站和皮基站的密集网络来保证服务质量。除了对低功率工作这种显而易见的要求之外，小尺寸的基站在核心元器件的热耗散上还有额外限制。有限的系统散热能力经常成为实现集成密度的瓶颈。有竞争优势的系统设计方案要求ADC在紧凑和低功率基础上，实现高性能的同时还要保持低温度。

　　由于最终客户的要求不同，不同的制造商所选择的Rx通路架构也大相径庭。前一代接收器通常使用双ADC对从单通道解调的I和Q信号采样。因为在这 种方法中I和Q信号相对靠近基带，对双ADC的性能要求也相对较低。就下一代设计而言，趋势是通过直接在中频（IF）采样，由单个Rx通路支持多通道传输。该架构对ADC的要求更高。考虑到多个载波的频率规划情况，14位通常要求65Msps或80Msps的采样率。由于IF频率常在70MHz至140MHz之间，好的欠采样性能也是必需的。

　　3G基站的Tx通路中也需要高性能ADC。在Tx通路中，输出功率放大器（PA）的非线性限制了系统级性能，因此要采用不同的方法线性化PA输出。以前，PA线性化通过如前馈方法的全模拟技术实现。就下一代设计而言，发展趋势是通过采用快速反馈通路对PA输入进行数字化预失真来补偿其非线性。

　　例如，尽管主流WCDMA基站一般在12位时要求125Msps采样率，但PA线性化所需采样率取决于数字化载波数量以及线性化在何种频率范围内有效。为了减少RF下变频阶数，目前趋势是在更高的IF频率上采样。由于目标IF频率在100MHz至200MHz范围内已很普遍，ADC必须具有卓越的欠采样性能。

　　在同时数字化多个WCDMA调制载波时，该应用的一个重要衡量指标是ADC的相邻通道泄漏率（ACLR）。图1所示是一个常见方案的FFT频谱，其中4个以140MHz为中心的WCDMA载波以122.88Msps采样率和12位分辨率采样。ACLR测量结果反映该ADC在靠近每个载波边缘的频率信噪比（SNR）与其互调失真。该测量常常被视为判定某特定ADC可否用于一个给定PA线性化应用的关键测试。

图1

　　如何挑选一个高速ADC

　　高速ADC的性能特性对整个信号处理链路的设计影响巨大。系统设计师在考虑ADC对基带影响的同时，还必须考虑对射频（RF）和数字电路系统的影响。由于ADC位于模拟和数字区域之间，评价和选择的责任常常落在系统设计师身上，而系统设计师并不都是ADC专家。

　　除了上文提及的用户需求之外，还有一些重要因素用户在最初选择高性能ADC时常常忽视。他们可能要等到最初设计样机将要完成时才能知道所有系统级结果，而此时已不太可能再选择另外的ADC。

　　影响很多无线通信系统的重要因素之一就是低输入信号电平时的失真度。大多数无线传输到达ADC的信号电平远低于满标度输入范围。为确保多路传输信号的功率同时汇集到ADC输入时不发生压缩，信号链路的前端增益被设计成稍微低于ADC的满标度范围。然而，几乎所有高速ADC都保证其SFDR性能在输入电平从满标度的 -1dB。此外，大多数数据表都有宽输入幅度范围内典型的SFDR图。用户应该仔细观察该曲线，核实运行是否稳定和是否可预知。低输入幅度上存在任何大步进或锯齿特性都表明ADC转移函数中的系统非线性。由于转移函数线性度和低输入电平失真密切相关，对最大积分非线性（INL）有严格保证的ADC在低输入幅度上一般会有更稳定的失真性能。

　　选择对INL、差分非线性（DNL）、SNR和SFDR等所有关键性能规格具保证最小或最大值限制的ADC是非常重要。这些规格在应用的整个工作温度范围内应该得到保证。用户特别需要留意这些关键参数是否仅在小温度范围内或室温下才能保证。高速ADC内部的精确运算放大器和快速比较器如果设计得不够坚固，它们在温度变化时可能会发生很大的变化。选择没有宽温度范围内保证限制的ADC会给设计带来不必要的风险。

　　解决方案的尺寸要求也很关键，因为都市基站设计的PCB面积非常有限。由于使用QFN等小型扁平IC封装缩减小了ADC本身的面积，总体解决方案面积实际上可能大得多。仔细察看所推荐的电路会发现很多高速ADC都需要大量电容值很大的电容器（如10μF），这些电容器比ADC占用的PCB面积大得多。由于存在封装连接线寄生电感，很多高速ADC需要此类大外部电容器旁路电源和内部基准电路系统。要在最终产品中实现小体积，就要求ADC不仅采用小型封装，而且还要使这些大的外部旁路电容器尺寸和数量最小化。 【1】【2】下一页【