ADS58C48切换模式在时分通信系统中的应用

作者：TI公司North China OEM Team 刘先锋Seasat Liu

摘要

ADS58C48 是德州仪器（Texas Instruments）新推出的低功耗，高密度，高采样率，高性能的模数转换芯片，这款芯片目前已经广泛的应用在通信行业。本文详细介绍了ADS58C48 切换模式在时分通信系统中的应用。

1 ADS58C48 简介

ADS58C48 是德州仪器（Texas Instruments）推出的采样频率高达200MSPS 的4 通道11 位模数转换器（ADC），单电源1.8V 工作，总功耗为0.9W。ADS58C48 采用SNRBoost3G 技术，140MHz 时的SFDR 为82dBc，支持带宽高达60MHz，可为要求高信号带宽的多载波与多模式通信系统（如CDMA、WCDMA、TD-SCDMA、LTE 以及WiMAX 等）提高带内信噪比(SNR)。

ADS58C48 的SNRBoost 技术可在185MSPS 为整个60MHz 带宽提高达4.3dB 的SNR，从而可为各种通信提高带宽与灵敏度，满足RRH（Remote Radio Head)、软件无线电、无线中继器以及MIMO 分集接收机等应用需求。

ADS58C48 的关键特性和优势

* 可编程SNRBoost 技术可实现60MHz 带宽下高达72.3dB 的SNR 性能，或30MHz 带宽下达75.4db 的SNR 性能，从而满足客户3G 与4G 接收机灵敏度规范的要求；
* 低功耗：在200MSPS 下单位通道功耗为215mW，可帮助制造商成功设计低功耗高密度四通道接收机与数字预失真(DPD)反馈环路；
* 输出可选CMOS 或DDR LVDS，可实现与TI GC53xx 数字射频产品、FPGA 以及数字ASIC 解决方案的便捷连接；
* 包括DAC3484、LMH6522/1、TRF3705、LMH04808、GC5330、LMX2531/2581 以及TMS320C6748 在内的完整信号链可加速产品的上市进程。
* 支持SNRBoost 切换，可同时用于接收和DPD 链路。

作为完整信号链的一部分，ADS58C48 四通道ADC 可以无缝连接TI 的DVGA(如 LMH6522/1)以及功放预失真（DPD）芯片GC5330，GC5337 等，同时TI 提供完整的时钟分配LMK04808 和本振LMX2531/2581 的解决方案。

ADS58C48 是4 通道的产品。它采用TI 的专利SNRBoost 技术，可以把信噪比提升，达到14bit ADC 的信噪比，可以用在通信系统的接收通道，同时也支持SNRBoost 功能关闭，使其成为一个标准的11bit 200Mhz 的ADC，可以用在通信系统的DPD 反馈接收通道中。





2 时分通信系统（TDD）简介

时分通信系统是指在移动通信系统中接收和传送是在同一频率信道即载波的不同时隙，用保证时间来分离接收与发送信道；移动通信系统中TDD 模式的上下行信道用同样的频率，因而具有上下行信道的互惠性，这给TDD 模式的移动通信系统带来许多优势。比如它不需要分配对称频段的频率，并可在每信道内灵活控制、改变发送和接收时段的时隙比例等优点。时分系统具有通信号质量高，保密较好，系统容量较大等优点，但它必须有精确的定时和同步以保证移动终端和基站间正常通信，技术上比较复杂。

由于移动系统发信机的大功率发射与新的调制方式带来的信号PAR 变大，功率放大器的发射功率正在被推向之前从未有过的极限。大功率的放大器带来一系列的问题，比如功耗，成本，散热，可靠性等，因此提升功放的效率十分必要。数字预失真（DPD）在提高效率，多载波应用，修正效果和自适应能力上有很的优势，几乎成为新系统的标配。下图是典型的时分带DPD功能的通信系统。



3 ADS58C48 切换模式在时分通信系统中的应用

系统中由于引入了DPD 功能，因此又多了一路对反馈链路ADC 的需求，这样就带来了系统设计的复杂和成本的上升。DPD 是对功放进行校正，因此必须在发射时隙工作。由于时分系统的收发是按照时间分开的，因此可以考虑在发射时隙时，用接收链路来进行DPD 反馈链路的数据采集，使接收和反馈共用同一链路，可以大大的简化系统的成本。但是时分通信系统的接收链路和DPD的反馈接收链路所关注的参数不同，因此关心的指标也不同。而且时分系统必须满足系统的同步和定时功能，因此必须仔细的设计链路。

ADS58C48 的SNRBoost 功能可以使带内的信噪比得到提升，在40M 带宽内信噪比可到74.5dB，60M 带宽内信噪比可到72.3dB。完全可以应用在时分系统的接收通道，满足灵敏度等指标的需求。ADS58C48 的SNRBoost 功能关闭后，有效信号带宽可达100Mhz，完全能够满足DPD 反馈链路的需求。ADS58C48 的SNRBoost 功能可以通过寄存器，也可以通过管脚进行使能。考虑到时分系统对时延和同步的严格要求，最好使用ADS58C48 控制管脚使能和关闭SNRBoost 功能。



时分通信系统为了能正常的工作，有严格的同步要求，必须精确的测定出链路的时延，以作出补偿，满足系统同步的要求。在反馈通道和接收通道共用一个链路时，更是要准确测量出时延参数。时延参数包括通道绝对时延和收发切换时间提前量两部分。而收发切换时间提前量又是建立在知道通道绝对时延的基础上的。因此要测量确定出上下行链路中从天线口到基带数据之间的绝对时延，然后考虑到系统的要求，确定出收发时间提前量，在基带部分和数字预失真部分延迟接收以弥补这部分的时延差，以满足系统的同步要求。下图是是以TD LTE 为例的一个补偿时延的需求框图。



在上图中可以看到，接收的开关是应该在GP 时隙生效的，如果数据过早或过完接收的话都会造成错误。

根据测量使用的仪器不同,一般时延测量主要可采用的方案有很多种，比如网络分析仪测量时延、示波器测量时延、矢量信号分析仪测量时延、时间间隔测量仪测量时延和相位计测量时延。下图是某时分通信系统的模拟链路的时延测试结果。


ADS58C48 的SNRBoost 功能的latency 时间如图



模拟链路的时延由ADC 时延和模拟链路的时延共同决定。数字链路的时延主要由数字上下变频器，峰均比抑制等环节决定。当两部的时延都精确的确定后，就可以设定好系统的时延，使其满足图5 系统的时延要求，然后按照相应的要求，由系统的主控单元在确定的时间点打开和关闭系统的接收链路和反馈链路的开关。