原创 DAC34H84 HD2 性能优化与 PCB 布局建议

 2013-7-25 15:26  2004 10 10 分类: 电源/新能源

凃浩异 (Lance Tu)---HSP Telecom FAE

摘要

本文分析了DAC 二次谐波的产生，并给出了优化DAC34H84 谐波性能的 PCB 布局。

Key words: HD2(二次谐波)，DAC(数模转换器)，SFDR（无杂散动态范围）

1. 引言

DAC34H84 是一款由德州仪器（TI）推出的四通道、16 比特、采样 1.25GSPS、功耗1.4W高性能的数模转换器。支持625MSPS 的数据率，可用于宽带与多通道系统的基站收发信机。

由于无线通信技术的高速发展与各设备商基站射频拉远单元（RRU/RRH）多种制式平台化的要求，目前收发信机单板支持的发射信号频谱越来越宽，而中频频率一般没有相应提高，所以中频发射DAC 发出中频（IF）信号的二次谐波（HD2）或中频与采样频率 Fs混叠产生的信号（Fs-2*IF）离主信号也越来越近，因此这些非线性杂散越来越难被外部模拟滤波器滤除。这些杂散信号会降低发射机的SFDR 性能，优化DAC 输出的二次谐波性能也就变得越来越重要。

2. 二次谐波的产生

在理想状态下，DAC 的输出状态发生变化时，它应该从当前值直接跳变到期望的新值。但是实际上当DAC 输出状态改变时，如下图所示，是可能会引起过冲与下冲现象的。

这种现象是由 DAC 内部电流源相邻走线的互容效应以及状态变化时内部开关切换不同步引起的。

互容效应会在电流源线路上引入相邻线路的电流，形成串扰从而形成过冲或下冲脉冲。

如上图所示，以3 bit 的 binary DAC 为例，在进行代码 011 到 100 状态切换时，需要同时切换 3 个电流源开关，此时就可能会产生上述过冲与下冲现象。

这些过冲与下冲脉冲将会产生 DAC 输出信号的谐波。以正弦波二次谐波的产生为例，如上图所示 DAC 在成形正弦信号时，由过冲与下冲效应引起的脉冲信号数量在一个周期内正好是两次，从而产生了此正弦信号的二次谐波。

改善 DAC 二次谐波性能的方法主要有两种：1.通过 DAC 模拟输出端合理的 PCB布局来优化。2.使用数字预失真算法产生一个幅度相同，相位相差180 度的信号来抵消 DAC的谐波。本文主要介绍第一种方法。

DAC 的 HD2 性能可以通过良好的 PCB走线布局来优化。现在的 RRU收发信机采用的都是DAC+IQ 调制器的解决方案。DAC 的模拟输出端口与IQ 调制器的模拟输入端口之间的 PCB布局会直接影响系统的线性性能。如果拥有良好的PCB 走线布局，DAC+IQ 调制器的谐波性能会相对单独的 DAC 有所提高。

PCB 布局在为了满足等长线要求时，通常会采用多个连续U 字的蛇型绕线法。这些 U字形在高中频时会形成互感效应。此外 DAC 的模拟输出端口与IQ 调制器的模拟输入端口电阻的位置会影响阻抗连续性，从而引起回波。以上两个效应都会影响DAC 的谐波性能。

DAC 的 2 次冲击响应模型如下：

h(t) =A + B*x(t) + C*x²(t)

假设通过 DAC I+路的信号为 x(t)=k*cos(ωt)

那么 h(t) = A + Bk*cos(ωt) + Ck*cos²(ωt)

= A + Bk*cos(ωt) + Ck* [cos(2ωt)+1]/2

= A + 0.5*Ck + Bk*cos(ωt) + 0.5*Ck* cos(2ωt)

2 次谐波可以表示为0.5*Ck* cos(2ωt)

2 次谐波的回波为 Dk*cos(2ωt+φ)

= Dk*[cos(2ωt)cosφ - sin(2ωt)sinφ]

总 2 次谐波表达式为 k(0.5*C+D*cosφ) cos(2ωt) - Dk*sin(2ωt)sinφ

多通道 DAC 的所有通道的 C、k 与ω是相同的，不相同的是由PCB布局阻抗不连续与互感效应引起的回波幅值D 与回波相位φ。它们带来了HD2 性能的差异性。