當今的高速數模轉換器(DAC) 通常都包含有許多數字信號處理模塊，讓其更加易于使用。應論述需要，我們使用了 TI 的 DAC34H84（詳見《參考文獻 1》），它是一款 4 通道、16 位、1250  Msps的 DAC。這樣做的原因是，它是一種典型的高速數模轉換器，擁有隔離輸入和 DAC 時鐘域的輸入 FIFO、插值數字模塊、精細頻率分辨率數字正交調制、模擬正交調制器校正以及 sin(x)/x校正（請參見圖1）。本文將逐一介紹這些特性的功能和作用。

圖1 DAC34H84 功能結構圖

    第一個數字模塊是插值模塊，它負責增加 DAC 內部數字信號的采樣速率。一般而言，利用兩倍采樣速率增加步驟，來實現插值。利用在輸入采樣點之間插入零來完成這項工作，其在 f_IF和 F_IN – f_IF產生兩個信號。通過一個數字低通濾波器后，去掉了位于 F_IN – f_IF的第二個信號，只在 f_IF留有信號。使用插值的原因與大多數高速 DAC 使用的零階保持輸出結構有關。利用零階保持，DAC 根據時鐘周期初期的數字采樣對輸出振幅進行相應的設置，然后保持住，直到時鐘周期和下一個輸出采樣末端為止。這樣便產生一種“上樓梯式”的輸出，其頻率響應如方程式1 表示：

sin(π*f_IF/f_s)/(?π*f_IF/f_s)        方程式 1

     其中，f_IF為模擬輸出頻率，而 f_s為采樣速率。這種響應具有低通效果（請參見圖2），其 f = f_s/2時的損耗為 ~ 3.5 dB，并在 f_s倍數時為零。盡管 DAC 輸出在 N*fs +/- f_IF時會有信號圖像，但較高奈奎斯特(Nyquist) 區域的圖像振幅遠低于 fIF處的信號，從而有更低的信噪比(SNR)，并可能出現明顯的振幅下降。這便將大多數應用限制在 f_s/2以下的輸出信號頻率。另外，f_IF處的信號和 f_s – f_IF圖像之間的間隔，隨著 f_IF接近 f_s/2而減小，從而讓 DAC 輸出端的模擬濾波器（作用是去除 f_s – f_IF多余圖像）難以建立，最終將大多數應用的 f_IF限制在 f_s/3以下。

圖2 無插值模塊的DAC 輸出頻譜

    利用 DAC 插值模塊增加 DAC 內部采樣速率，只需讓 DAC 的數字接口速率 f_IN足夠高，以允許信號帶寬傳輸，并且只需增加少量的額外帶寬便可以擁有插值濾波器過渡頻帶（實信號時 f_in > 2.5*BW，復信號時 f_in > 1.25*BW）。利用插值增加采樣速率，可以讓信號輕松地位于 f_s/2以下。

    增加采樣速率的另一個好處是，讓數字混頻能夠將輸出IF增加至更高頻率。例如，使用 2X 插值，輸出頻率便可高于 f_in/2，而如果不使用插值就不可能獲得這一結果（請參見圖3）。一般而言，復輸入信號使用復混頻器，目的是避免混頻過程中產生圖像。混頻輸出可以為實 IF 信號，也可以是復 IF 信號，在模擬 IQ 調制器 DAC 之后有效。

圖3 2X 插值的DAC 輸出頻譜

    將復 DAC 輸出用于模擬正交調制器(AQM)，突出表明了高速 DAC 共有的另一個有用的數字特性—正交調制器校正模塊。該模塊負責對模擬正交調制器的增益、相位和偏移失衡進行校正，從而改善 AQM 邊帶抑制度和 LO 饋通性。

    最后，位于數字信號鏈末端的是數字 FIR 濾波器，它負責對首個奈奎斯特區域的 Sin(x)/x 高低頻規律性衰減進行補償。在 DAC34H84實施中，該濾波器可以提供高達 0.4*f_DAC的補償，且誤差低于 0.03dB。

    正如本文所述，如 DAC34H84等高速 DAC 擁有大量的數字特性。這些特性，通過降低數據速率和改善輸出信號特性，讓系統實施變得簡單和容易。

下一次，我們將研究隨機抖動和相位噪聲之間的關系，敬請期待。

參考文獻

1.    “四通道、16 位、1.25 GSPS 數模轉換器 (DAC)，”DAC34H84 產品說明書，LIT#SLAS751A，2011 年6 月。

2.    如欲了解TI DAC 的更多詳情，敬請訪問：www.ti.com/dac-ca。