基于AD9516的寬帶高動態(tài)數(shù)字中頻系統(tǒng)采樣時(shí)鐘設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘　要:數(shù)字中頻系統(tǒng)中高速ADC、DAC 對采樣時(shí)鐘有著很高的要求,對此設(shè)計(jì)了一種新的基于AD9516 的CDMA2000 數(shù)字中頻系統(tǒng)采樣時(shí)鐘合成方案。本文在提出該數(shù)字中頻系統(tǒng)硬件方案的基礎(chǔ)上,介紹了AD9516 芯片及其在本系統(tǒng)中的具體應(yīng)用,給出了MCU 與AD9516 數(shù)據(jù)通信方式和芯片主要寄存器配置內(nèi)容,且詳細(xì)分析了時(shí)鐘相位噪聲和時(shí)鐘抖動的測試方法。最終在對基于此時(shí)鐘方案制作出來的數(shù)字中頻系統(tǒng)PCB 板仔細(xì)調(diào)試之后,測試了時(shí)鐘相噪與抖動以及整個(gè)系統(tǒng)SNR ,整體指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　隨著3G 牌照的發(fā)放,在3G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的初期,直放站是移動通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的重要設(shè)備,而直放站核心部分?jǐn)?shù)字中頻技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中具良好的應(yīng)用前景。但數(shù)字中頻系統(tǒng)主要部分ADC、DAC對采樣時(shí)鐘的要求很高,其在很大程度上決定了系統(tǒng)的整體性能。本文就該數(shù)字中頻方案所要求的采樣時(shí)鐘,設(shè)計(jì)了基于AD9516 的時(shí)鐘合成方案。與同類方案如某款芯片加外置VCO 比較,該方案在設(shè)計(jì)靈活性、芯片功能特性、電路簡單、成本低等方面均有很大的優(yōu)勢。文中介紹了AD9516 芯片特性,著重說明了其在本方案中的具體應(yīng)用,以及此處MCU 如何以FPGA 為橋梁與AD9516 芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)配置,還分析了時(shí)鐘相位噪聲與抖動對SNR 的影響,最后對制作出來的PCB 板進(jìn)行了時(shí)鐘相噪與抖動以及系統(tǒng)SNR 的測試,結(jié)果證明該方案有很好的應(yīng)用價(jià)值。

　　1 　數(shù)字中頻系統(tǒng)整體硬件框圖介紹

　　本數(shù)字中頻系統(tǒng)射頻模擬輸入信號中心頻率為162 MHz ,10 MHz 帶寬的CDMA2000 信號,系統(tǒng)上下鏈路前后端均有衰減器對信號進(jìn)行動態(tài)增益控制,該衰減器工作由FPGA 程序?qū)嵭性诰€操作實(shí)現(xiàn)。硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)系統(tǒng)要求選用高性能的ADC、FPGA、DAC 芯片,整個(gè)PCB 板由上下兩路射頻電路,時(shí)鐘部分,MCU 部分,以及電源組成,電路板上各個(gè)芯片的數(shù)據(jù)讀寫由ARM 單片機(jī)LPC2103 通過FPGA 控制。

　　具體電路框圖及各部分芯片選用如圖1 所示:

圖1 　整體硬件電路設(shè)計(jì)框圖

　　由于ADC、DAC 芯片都為高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片,對時(shí)鐘的相噪和抖動有很高的要求,故必須選擇性能優(yōu)異的時(shí)鐘合成芯片。根據(jù)所定的信號處理方案,時(shí)鐘合成單元需提供三路時(shí)鐘輸出作為上下兩路的ADC、DAC 的采樣時(shí)鐘。其中上下路ADC芯片為11 bit 、140 MSimple/ s 采樣速率的AD80141 各一片,需兩路125 MHz 時(shí)鐘;DAC 芯片為雙通道16 bit 、最高可達(dá)500 MSimple/ s 采樣速率的DAC5687 ,上下路共用一片,故只需一路500MHz 時(shí)鐘。

　　2 　頻率合成單元設(shè)計(jì)

　　基于上述要求,綜合考慮提出一種新的基于AD9516 工作于內(nèi)部VCO 模式的采樣時(shí)鐘合成方案,該方案無論從芯片功能、系統(tǒng)要求、設(shè)計(jì)的靈活性,還是同類方案成本方面都能很好的滿足項(xiàng)目要求。并且在整體中頻系統(tǒng)PCB 板布局布線時(shí),會盡量考慮時(shí)鐘線的信號完整性,優(yōu)化時(shí)鐘信號質(zhì)量,測試結(jié)果證明所定方案完全符合要求。

　　2.1 　AD9516 芯片簡介

　　頻率合成單元采用AD 公司的AD9516 芯片,它是一款集低相位噪聲時(shí)鐘發(fā)生和低抖動14通道時(shí)鐘分配功能于一體的時(shí)鐘合成器,其結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示:

圖2 　AD9516 結(jié)構(gòu)圖