13.2A 50mW的带通SD ADC
出处:维库电子市场网 发布于:2023-06-29 11:14:25
便携式无线接收机的主要挑战是在降低功耗的同时,使其动态范围化。带有一对时间连续,低通模数转换器(ADC) 的直接变频接收机的功耗很低,但是它也容易造成诸如正交性不很好、DC偏移和低频失真等问题,从而限制了产品的动态范围。另一方面,一个二次变频超外差接收机就没有这些限制,但通常由于其复杂性增加,以及需要对较高的中频(IF)信号进行数字化,它的耗电量相对增大。本文介绍了一种频率范围在 10~300MHz,带宽 333KHz,动态范围为90dB的混频器和时间连续带通SD ADC组件。电路的耗电量为50mW,这说明低功耗高性能的二次变频超外差式接收机是可以实现的。
将一个中频信号进行数字化的两种方法进行对比。种方法需要几种大功率的模块,即,可变增益放大器(
较详细的ADC结构。鉴于上述讨论,低噪放(LNA)加混频器的跨导视为gm=10mA/V。低噪放加混频器的输出电流2mApp直接作为ADC的输入,而没有经过不必要的I-V或V-I转换。8个元件的电流型DAC(IDAC)的电流减去反馈数字输出电流,生成一个驱动LC谐振电路的误差电流。 LC谐振电路由两个外部5.6mH的电感和一个电容组成。通过一个9位片上电容阵列将电容值微调到所需值的1%以内。LC谐振电路在相关频带内的有效阻抗为Z=6KW,此阻抗将造成12VPP的电压摆动,如果不是来自于IDAC的反馈,IDAC的反馈只能导致以下的电压摆动。前端电路较大的有效增益为 gmZ=60,当低噪放有输入信号时,会使ADC后端的噪声由减少到只有。由于此噪声比低噪放/混频器的输入噪声低8dB,因此,ADC的后端对IC噪声特性的影响不大。由于LC谐振电路不产生噪声,加之无失真和不耗电,因此,LC谐振电路是带通SD ADC中理想的谐振器。
fIF="103".25MHz,fLO=100MHz,fCLK=26MHz,OSR=48 时的带内频谱
fIF=273MHz,fLO=269MHz,fCLK=32MHz时SNR与输入功率的关系
VGA通常用于当信号较弱时,通过增益来降低ADC的输入噪声。但是,VGA是ADC的一个内部元件,它的主要目的是当信号较弱时降低功率消耗。为了平衡大信号的电流,IDAC元件的总电流必须为2mA,但是当信号较弱时,元件的电流可以降低(本方案中降低了1/4),以节省功耗。全面地改变 IADC可以相应地改变ADC,使AGC功能得以实现。全面地降低IDAC可以减小ADC后端的信号摆动,并且利用可变增益元件使电路得到有效的补偿。为了保持调制器的动态范围,VGA的增益会随IDAC的全面波动而反向变动。VGA作为一个其gm值可变的模块,通过改变非退化双极结型晶体管 (BJT)差分对中的拖尾电流来控制。
ADC的第二个谐振器也使用了一个LC谐振电路。VGA和有源RC谐振器消耗2mA的电流,并且不需外部元件就能满足第二级动态范围的要求。可编程电容阵列可以实现RC谐振器的调谐。
为使谐振器的Q值较高、漂移量较低,ADC的第三级使用一个开关电容谐振器。有源RC谐振器功耗较低,但是其Q值较低,漂移量较大,必须使用第四级谐振器。通过调整SC谐振器的Q值和漂移量,使其耗电为1mA。由于开关电容这工作在离散时间,此调制器的混叠保护性能不如时间连续系统的好,尽管如此,混叠衰减仍大于80dB。
调制器的通带设计为fCLK/8,较好地协调了期望噪声密度和测量噪声密度。同时,描述了一个信号传递函数(STF)。所测量的STF很平坦,在大约500KHz的范围内,每100KHz下降0.1dB。
过采样率OSR=48,时钟频率fCLK=26MHz时,输出频谱的信噪比(SNR)为81dB,非杂散的动态范围为103dB。表示fCLK =32MHz时,OSR=48的动态范围为90dB;OSR=960的动态范围为105dB。
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