运作过程中应注意的事项
把所有的高性能元器件在应用过程中都看成是一个运作整体,而不是一个个的独立个体,这是很重要的,所以在一个应用中,运算放大器和转换器运行好坏都会影响整体的动作。数字示波器的应用非常广泛,通信、半导体及计算机等行业的系统设计及测试工程师都经常采用数字示波器。这种仪器倚靠一个高取样率、高输入带宽的模拟数字转换器。事实上,这是整台仪器的心脏,因为示波器的输入带宽及取样率完全由前端的模拟数字转换器决定。例如,输入带宽为 1.5GHz 的 1 GSPS 示波器必须采用符合这些规格的模拟数字转换器。测量仪器必须拥有足够的带宽才可准确测量信号。测量信号时,示波器的模拟带宽必须足以支持信号内的高频部分。例如,示波器必须能够提供 100MHz 以上的输入带宽,才可无需滤波器也能测量 100MHz 的正弦波。
由于方波之中有部分高频波的频率比基本频率高很多倍,因此示波器必须提供远远超过 100MHz 的输入带宽才可测量 100MHz 的方波。取样时若带宽不足,便会遗失原来信号的高频部分及振幅。这样,方波便无法以方波的形状显示在示波器的屏幕上。
取样率是模拟数字转换器将模拟信号转为数字信号的速率。取样率越高,高频信号便可更精确地复原。例如,以 1GSPS 取样率复原的 100MHz 信号比以 500MHz 取样率复原的同一信号更接近原来的信号。因此,像 ADC081000 这类高取样率、高输入带宽及低位错误率 (BER) 的数字模拟转换器是将高频信号数字化的理想转换器,最适用于系统的设计及测试。厂商可以利用这款模拟数字转换器开发成本低廉的高性能测试设备。
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另外一个典型的应用是数字无线电接收器。多年来模拟数字转换技术的发展一日千里,令接收器可以更大量采用数字集成电路。当然接收器的数字电路越靠近天线,便越能发挥接收的优势。因此有人认为可将模拟数字转换器置于射频系统的输出端,以便直接进行射频取样。这个设计看似较为可取,但这里产生另一个问题,我们不得不加以考虑。为了能够预先抑制不需要的带外信号,以及满足模拟数字转换器所要求的频率范围,已接收的信号在输入模拟数字转换器之前必须先加以滤波,以及接受自动增益控制。因此很多数字接收器采用折衷的办法,先由输出端的第一及第二中频级将模拟信号转为数字信号,使带外信号还未进入模拟数字转换器之前先行接受滤波,也确保部分信号在未进入模拟数字转换器之前先行在模拟级接受自动增益控制,以尽量避免带内信号过驱动模拟数字转换器,使信号在进行模拟数字转换之前可以达到最大的信号增益。此外,我们若采用中频取样及数字接收技术,便无需另外加设中频级如混频器、滤波器及放大器,有助减低成本,而且系统设计工程师若采用可编程数字滤波器取代固定的模拟滤波器,便可充分发挥设计上的灵活性。
由于 1.8GHz 的 ADC081000 芯片可提供 3dB 的带宽,因此最适用于射频或中频的直接取样。这款转换器芯片可大幅减少所需昂贵模拟芯片的数目,有助减低系统的总体成本。此外,即使采用远比尼奎斯特规定还要高的输入频率操作,总谐波失真也可保持在较低的水平,让取样率必定不足的系统如卫星接收系统也可正常执行工作。
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