高采样率ADC简化了超宽带蜂窝基站无线电设计

当今无线用户对更高容量、更快接入速度以及更高数据吞吐能力的要求永无止境，从而促使蜂窝基站无线电信号带宽越来越高。就网络而言，残酷的竞争以及不断下滑的利润迫使基站制造商逐渐采用类似PC的商品法。该方法采用单个可应用于多个网络技术的基本架构，为小型模块化设计提供了支持WCDMA|0">WCDMA、WiMAX|0">WiMAX及未来标准的通用平台。此外，设计稍作调整，还可满足不同运营商的各种要求。通过这种方式，可以重复利用各种研发资源，以相对较低的投入加快产品上市进程。

这两种趋势使得当今的无线电设计人员面临如下挑战：为前端提供20至40MHz的信号带宽，以传输多载波信号。在信号链中，通常使用模数转换器(ADC)对信号进行数字化，但在大多数情况下ADC会对宽带无线电的性能产生极大影响。TI最新推出的高速ADC系列是这类无线电设计的关键。

以TI的高速ADC ADS5547为例，其采样率超过了200Msps，同时还可在输入速率高达300MHz时保持70dBFs的SNR及74dBc的SFDR。因此，这是当今业界速度最快的14位ADC。图1是实施宽带无线电的示例。该无线电在发送器(Tx)端采用I/Q调制方案，在接收机(Rx)端采用高中频(IF)外差架构。为了利用数字预失真(DPD)技术将功率放大器(PA)进行线性化，在PA的输出处添加了反馈环路，从而可以显著提高功率放大器效率。Rx与PA线性化反馈路径中均需要使用高速ADC(如ADS5547)。

高采样率宽带ADC的更大用途是进行功率放大器线性化。功率放大器是基站中最贵且功耗最大的非线性组件，因此在接近饱和状态下工作时，输出信号会遭受严重的互调失真。了解如何在保持线性度的同时提高效率，这往往可以形成整个系统架构设计的基本思路。

当今的多载波宽带信号会导致这一情形更加糟糕，因为该调制方案会形成较高的峰均比(PAR)。

对于多载波WCDMA信号，PAR可高达13dB。为了持续保持输出信号的线性度，即使大部分时间信号功率相当小，也需要将平均输出功率从1dB压缩点回退13dB，以调节信号峰值。因此，对于大部分工作时间，必须选择比实际需要高出许多级的功率放大器。这一功率放大器的功率只会转化成热量，而不是有用的信号，因而是极大的浪费。此外，系统成本也会因选择较高级功率放大器而大幅提高。

线性化技术使得功率放大器能够在较高输出功率下工作，同时使失真最小化，从而提高功率放大器效率。如果正确进行线性化，您可以选择成本较低、效率较高的低级功率放大器，其执行任务的效果与效率低、价格高昂的功率放大器不相上下。

图1：具有数字预失真的宽带多载波无线电。

使用一些前馈方法，如波峰因数降低(CFR)，也可以提高效率。在某些情况下，CFR以降低Tx BER性能为代价来降低PAR，这也很有效。更有效的方式是执行DPD。

DPD方法需要通过反馈环路动态测量功率放大器线性传输函数，然后应用反函数以补偿功率放大器的非线性行为。但是，功率放大器的传输函数并非固定不变，而是随着温度与时间的变化而不断改变，这使得线性化变得更加困难。为了避免校正不足或过度校正，反馈环路中的ADC需要尽可能真实地捕获实时功率放大器行为，其性能在很大程度上确定了DPD方法的效果。

在这种情况下，DPD反馈路径具有与在向下混频链中使用高IF ADC一样的优势。而且，在DPD反馈路径中采用高IF采样率极为重要，因为高IF采样率可减少路径中的组件数。组件数越少，对应信号的干扰也就越小，捕获的数据将越真实。此处ADC的侧重点是高带宽与高采样率。通常，您需要对高达第5阶失真的功率放大器进行采样。假设信号带宽为20MHz，则第5阶失真将为100MHz；根据尼奎斯特采样理论，要求采样率至少为200MSPS，这就是为何必须使用如ADS5547等ADC的原因。

ADS55xx系列具有高度的设计灵活性等多种优异特性，该系列产品使可编程增益能够在IF较高(100MHz以上)时对SNR/SFDR值进行折中平衡，设计人员可以确定哪个工作参数更为重要。该系列产品在输出端配有DDR LVDS接口及并行CMOS接口。其采用48引脚、8*8毫米QFN小型封装，外形非常小巧，非常适用于空间有限的应用。

除了蜂窝基站外，ADS55xx系列高速ADC还是一款切实可行的解决方案，适用于雷达系统、频谱分析仪、信号分析仪、专业影像系统，以及要求宽带、高SNR与SFDR的任何系统。更快、更小、智能电源ADC的发展趋势将有助于不断提高所有宽带系统的质量。

作者：Lin Wu

产品市场营销经理

高速产品部

德州仪器