NS基于模数转换器系列的软件无线电应用

软件无线电的概念并不新鲜。尽管“软件无线电”这个词汇是由Joseph Mitola在1991年提出并于1992年发表了专题论文，但实际上国防部门从20世纪70年代以来就一直在沿用这一概念。军方的目的是要开发出灵活且可编程的无线电架构，这种架构可以轻松地适应不断变化的地面条件。基本上，无线电的特点应该是由软件而不是硬件定义的。无线基础设施开发者很快认识到软件无线电在降低硬件开发成本和增加收益方面的潜力。一个软件可编程基站很容易通过调整来支持新兴行业标准，既不需要升级硬件，也不需要派遣维护工程师到达现常这就要求无线电的特征在数字域而不是在模拟域定义。图2所示只是简图，但一般而言，只需要配置一个预选滤波器、一个低噪声放大器（LNA）和一个差分可变增益放大器（VGA）即可。模数转换器往往需要一个精确的时钟源——由于模数转换器对射频信号直接采样，因而对时钟源的要求比以前更加严格。应用该方法，整个信号带即可数字化，再也不需要复杂的非线性的混频器、本地振荡器和滤波器（中频以及基带）。而同时，这里模数转换器也对前端器件提出了严格的要求。

　　软件无线电在一个开放的公共硬件平台上利用不同可编程的软件方法实现所需要的无线电系统。简称SWR。理想的软件无线电应当是一种全部可软件编程的无线电，并以无线电平台具有最大的灵活性为特征。全部可编程包括可编程射频（RF）波段、信道接入方式和信道调制。

　　模数转换器要求：

　　千兆赫兹的采样率和奈奎斯特带宽；

　　低基底噪声；

　　高噪声功率比（NPR）和互调失真；

　　低功耗；

　　推荐具备的模拟特性：单电源轨、自动校准、可调输入增益和偏置；

　　推荐具备的数字特性：多芯片同步功能、可编程数据接口（数据速率、数据采集时钟、数据/数据时钟的相位关系）和测试模式。

　　时钟要求：

　　超低基底噪声-亚皮秒级RMS抖动；

　　优秀的寄生噪声性能；

　　推荐具备的特性：高集成度，可编程输出频率和功率。

　　模数转换器驱动电路要求：

　　宽带宽等于模数转换器的输入带宽；

　　带外增益平坦；

　　低噪声和失真；

　　推荐具备的特性：增益和共模电压控制。

　　软件无线电的优点反映了硬件无线电的缺点。更少的模拟元件意味着更低的模拟复杂度，而射频信号处理过程的简化意味着更少的射频屏蔽。这使设计体积更小，结构更为紧凑，而且功率更低。可立即节省硬件和开发成本，但主要优势来自于软件无线电固有的灵活性。相比硬件无线电这确实是一个显着的优势。软件可编程性允许从远程位置更改或者完全改变无线电规格，而这样的更改不会对硬件造成任何修改。通过提供对新3 G或4 G标准的兼容性，网络运营商可以升级通信基站。无线电结构具有以下几个特点：（1）更好的灵活性。工作站的容量和开发环境均优于专用DSP芯片，容易实现新协议和信号处理新算法以及性能的改进提高。（2）升级快捷。用户可以很方便地通过更新软件来增强现有设备功能。（3）易与其他应用结合。虚拟无线电的研究将无线和其他应用的界限模糊化了，提高了功能性和端到端的有效性。

　　值得一提的是软件无线电的崛起并非意味着模拟系统的消亡。正相反，超高性能的放大器、频率合成器以及时钟调节器等模拟系统都已广泛应用于软件无线电的设计中。

　　软件无线电组件解决方案

　　如图3所示，ADC12D1800由两个通道组成，在独立通道运行时采样率高达3.6 GS/s，而在双通道交叉运行时采样率高达1.8 GS/s。该设备在3.6 GS/s条件下运行时比现有的任何12位设备都要快3.6倍。该模数转换器的模拟输入带宽为2.8 GHz，基底噪声动态性能为-147 dBm/Hz，噪声功率比（NPR）为52 dB，互调失真（IMD）为-61 dBFS，这样的规格可以满足很多软件无线电应用要求。

　　ADC12D1800以1.9 V的单电源供电，由0.18 μm纯CMOS工艺制造，每通道的功率仅为2.05 W。该设备每通道具有多芯片同步、可编程增益和偏置电路。即便在输入频率超过2 GHz时，内部的跟踪/保持放大器和扩展的自校准机制也能使系统对于所有的动态参数都获得平坦的响应，同时误码率可降低到令人难以置信的10-18。除了在基底噪声、噪声功率比（NPR）及互调失真（IMD）方面有良好的性能，ADC12D1800在125 MHz时也拥有57.8 dB的信噪比（SNR）、67 dBc的无杂散动态范围（SFDR）以及9.2位有效位数。低压差分信号（LVDS）输出可配置为1:1或1:2解复用模式。