解析高速信號發(fā)生應(yīng)用中的要求

　在高速信號發(fā)生應(yīng)用中，帶寬和分辨率是關(guān)鍵要求。新型信號發(fā)生應(yīng)用運用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）來產(chǎn)生各種不同類型的波形，包括單音直至具數(shù)百兆赫茲帶寬、復(fù)雜的多通道波形。這些應(yīng)用要求高速DAC足夠快，以在不犧牲模擬性能的前提下產(chǎn)生這些波形。在很多信號發(fā)生應(yīng)用中，相位噪聲會限制通道的數(shù)量以及可能實現(xiàn)的通道間隔。傳統(tǒng)上，相位噪聲由驅(qū)動DAC時鐘輸入的時鐘信號引起，不過DAC增加的任何相位噪聲都會出現(xiàn)在輸出頻譜中，并限制可能產(chǎn)生的信號。對任何通用信號發(fā)生應(yīng)用而言，理想DAC的速度應(yīng)該盡可能快，且噪聲低、線性度高、附加性相位噪聲非常低。這些性能規(guī)格中的任何一項如果缺失，那么所產(chǎn)生的波形都不足以滿足應(yīng)用的要求。
　　帶寬
　　在任何信號發(fā)生應(yīng)用中，最重要的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)都是帶寬。任何設(shè)計師都會問到的第一個問題是：需要多大的帶寬來產(chǎn)生想要的信號？對于特定信令協(xié)議或特定應(yīng)用，設(shè)計師可能需要一定大小的帶寬。無論設(shè)計師想要實現(xiàn)的帶寬有多大，DAC的速度都要至少是想要帶寬的2倍。帶寬與采樣率（fs）之間的這種關(guān)系是由哈里-奈奎斯特定義的，描述了信號在采樣系統(tǒng)中的表現(xiàn)。
　　盡管可以產(chǎn)生帶寬從DC至fs/2的信號，但是這么做常常不實際，因為輸出頻譜中會出現(xiàn)所產(chǎn)生信號的鏡頻信號。鏡頻信號會出現(xiàn)在N×fs±fout（其中，fout是所產(chǎn)生信號的頻率）。實際上，需要重建濾波器來衰減可能出現(xiàn)在輸出頻譜中任何所產(chǎn)生信號的鏡頻信號。即使所產(chǎn)生信號的帶寬沒有延伸到fs/2，但接近于它，鏡頻信號也會難以濾除。重建濾波器是用真實元件在模擬域?qū)崿F(xiàn)。與數(shù)字濾波器不同，這些元件是非理想的，會導(dǎo)致具紋波及插入損耗的非理想通帶。一般而言，這些濾波器階數(shù)越高，產(chǎn)生的紋波和插入損耗就越大，從而使理想濾波器更加難以設(shè)計。信號帶寬越接近fs/2，濾波器階數(shù)就必須越高，以衰減采樣過程中產(chǎn)生的鏡頻信號。濾波器階數(shù)越高，所需元件就越多，也就會產(chǎn)生更大的插入損耗和通帶紋波。
　　
　　圖1：LTC2000建議原理圖。
　　運用采樣速率較高的DAC會增大可用帶寬，這將降低對濾波器的要求，允許濾波器采用較少的元件，降低復(fù)雜性，從而簡化設(shè)計，產(chǎn)生更好的結(jié)果。LTC2000是一款高性能、16位、2.5Gsps高速DAC，具有2.5Gsps采樣率，從而fs/2頻率為1.25GHz.因此，對于800MHz的信號帶寬，在1.7GHz處會有一個鏡頻信號。在想要的頻帶和鏡頻信號頻率之間有900MHz.憑借900MHz的保護(hù)帶，鏡頻信號可以用簡單的低通濾波器輕松濾除。具有較低采樣速率的DAC所產(chǎn)生的鏡頻信號更靠近想要的頻率，因此需要更加嚴(yán)格和復(fù)雜的濾波器。
　　要產(chǎn)生帶寬延伸到fs/ 2的信號，還有另一個問題，即任何DAC都存在SINC（sin（x）/x）滾降，隨著頻率升高，這個問題將使所產(chǎn)生的信號衰減。這種滾降在采樣頻率（fs）處有一個零點，從而不可能產(chǎn)生一個準(zhǔn)確出現(xiàn)在采樣頻率上的信號。所產(chǎn)生的信號只是一個DC電壓。對于實際應(yīng)用而言，大約60%的奈奎斯特區(qū)域（DC至fs/2）沒有很大的SINC衰減，而可被利用。如果0dB是DC時的信號電平，那么在60%奈奎斯特頻率處，信號電平會下降6dB.人們常常在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)這種滾降的反向補償，以糾正所產(chǎn)生信號的自然滾降。這使DAC能夠產(chǎn)生隨頻率變化具恒定幅度的波形。如果使用更高速度的DAC，那么SINC函數(shù)的滾降會隨DAC輸出頻率的升高而減輕。