通信SoC中模擬前端性能的快速評估方法

確定PLL時鐘抖動的貢獻

現(xiàn)在我們來看一下PLL時鐘抖動造成的采樣時間不確定性如何也會影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器SNR性能。

時鐘抖動對SNR的貢獻用以下公式估算：

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其中BW是信號帶寬(單位Hz) [3]。

如果存在強帶外干擾，采樣時鐘相位噪聲還會影響系統(tǒng)性能。圖7中，調(diào)制到帶外干擾中的相位噪聲進入關(guān)注信號帶內(nèi)部，因此無法被過濾，即使帶外干擾本身已在數(shù)字域中被過濾掉。

強帶外干擾，如果沒有衰減的話，可能產(chǎn)生嚴重的系統(tǒng)性能影響，因為：

為避免ADC輸入飽和而對該信號強加巨大的回退衰減

為避免SNR下降而強加額外的時鐘抖動約束

其他錯誤來源

現(xiàn)代解調(diào)架構(gòu)一般實現(xiàn)直接的解調(diào)方案。在這些架構(gòu)中，I、Q通道之間的任何增益、相位或偏移失配都會影響總SNR下降。內(nèi)置校準算法通?？梢园堰@些影響降低到可管理的水平。出于SNR預(yù)算考慮，我們增加~1到2 dBSNR裕量，以考慮SNR上校準失配的殘留影響。

計算AFE性能貢獻

以下步驟和公式匯總了確定AFE對系統(tǒng)級SNR總貢獻的程序。

高性能AFE是其EVM僅對總收發(fā)器性能具有邊緣影響的AFE。0.5到0.7 dB的影響通常是可接受的。

對WiFi 802.11ac收發(fā)器上的AFE運用這種方法

為了應(yīng)用這些計算，考慮一個信號使用160 MHz BW進行OFDM調(diào)制且每個副載波使用QAM256調(diào)制方案調(diào)制的傳 輸系統(tǒng)(與WiFi 802.11ac收發(fā)器相似)。此外，考慮零中頻解調(diào)方案的實現(xiàn)。

這種情況下，在I和Q ADC輸入上得到的基帶正交調(diào)制信號分別有80 MHz的信道帶寬。

進一步假設(shè)AFE的以下特性：

ADC SNR = 62 dB (SNRnyq)

ADC采樣率 = 160 MSPS (Fs)

時鐘長期抖動 = 8 ps-rms (σLTJ)

OFDM信號峰均比 = 12 dB (PAR)

信號回退 = 10 dB (IBO)

ADC信號BW = 80 MHz (BW)

那么，該AFE的總SNR為：

SNRJ = 52.7 dB

SNRADC = 43.0 dB

SNRtotal = 42.6 dB

此例中，解調(diào)QAM256信號的EVM要求在-33.8 dB的數(shù)量級上(需要的SNR為33.8 dB)。與需要的SNR之間存在~8.8 dB的裕量，導(dǎo)致總系統(tǒng)性能的可接受下降只有0.6 dB。

類似的SNRtotal可以用具有以下特性的AFE達到：

ADC SNR = 66 dB (SNRnyq)

時鐘長期抖動 = 20 ps-rms (σLTJ)

因此，可以用ADC性能抵消時鐘抖動來實現(xiàn)相同的目標。

結(jié)論

使用本白皮書中描述的方法，系統(tǒng)設(shè)計師可以快速判斷任何指定AFE是否滿足其目標應(yīng)用的需要，包括無線或有線連 接環(huán)境中的寬帶信號收發(fā)器、蜂窩通訊和數(shù)字電視及無線電廣播。使用這種方法，系統(tǒng)設(shè)計師可以快速評估系統(tǒng)中 AFE性能的影響并搞清楚它是否符合其SoC要求，從而避免過高的規(guī)格和功耗。此外，設(shè)計師還能快速評估不同替代 方案和配置的折衷，從而找到適合SoC的最優(yōu)性能、功耗、面積和成本。