Prüfung von Consumer-HF - beam - Elektronik & Verlag

Applikationen
Bild 13. Unkompesiertes Ausgangssignal von
AD9788 und ADL5372 bei 1,9 GHz
1 wird vom AUX DAC 1 (Control
Register 0x06) gesteuert, die
Höhe des Stroms des Hilfs-DAC
2 vom AUX DAC 2 (Control
Register 0x08) bestimmt. Diese
DACs können Ströme abgeben
oder aufnehmen. Dies ist mit Bit
14 in jedem DAC Control Register
programmierbar und sollte
bereits beim Design erfolgen.
Das Sign Bit in jedem AUX
DAC Control Register (Bit
15) bestimmt, ob p oder n des
DAC eingeschaltet ist. Zu
einem bestimmten Zeitpunkt
kann immer nur eine Seite des
Hilfs-DACs aktiv sein. Um die
LO-Kopplungs-Kompensation
zu bewerkstelligen, sollte der
Anwender mit den Default-
Bedingungen in den Auxiliary
DAC Sign Registern beginnen
und dann den Wert des einem
oder anderen Hilfs-DAC-Ausgangsstroms
erhöhen. Dabei
muss man die Amplitude des
LO-Signals am Quadraturmodulator-Ausgang
beobachten.
Wenn diese abnimmt, dann
muss man versuchen, entweder
das Sign Bit des Auxiliary
DAC zu verändern oder den
Ausgangsstrom des anderen
Auxiliary DACs. Man muss ein
wenig probieren und Erfahrung
sammeln, bevor ein wirksamer
Algorithmus gefunden wird. Im
Labor, bei Nutzung des AD9788
Evaluation Boards kann der LO
Feedthrough typisch bis zum
Noise Floor hinab gebracht
werden, allerdings nicht stabil
gegenüber Temperaturschwankungen.
Ergebnisse der
Kompensationen
Bild 13 zeigt das Spektrum am
Ausgang des Quadraturmodulators
ADL5372 innerhalb des
AD9788 Evaluation Boards.
In dieser Anwendung wird ein
für CMDA typisches Signal
erzeugt, wobei zwei Träger einund
ausgeschaltet werden. Für
gewöhnlich macht man diesen
Test, um zu bestimmen, wie
hoch der Signalverlust bei ausgeschalteten
Trägern ist. Die
L-O-Kopplung ist signifikant,
ebenso die Amplitude des negativen
Anteils. Dieses Beispiel
spiegelt die typische Situation
ohne Kompensation wider. In
Bild 14 wird das Spektrum derselben
Schaltung gezeigt, nun
aber wurden Verstärkung, Phasendrehung
und L-O-Kopplung
durch Kompensation optimiert.
Grenzen der Leistungsfähigkeit
Abschließend seien andere Einflüsse
betrachtet, welche die Leistungsfähigkeit
der Quadraturmodulations-Kette
herabsetzen
können.
Da wäre zunächst das DAC-
Eigenrauschen, welches sich
aus Quantisierungsrauschen,
thermischem Rauschen und
digitalem Kopplungsrauschen
zusammensetzt.
Das Quantisierungsrauschen
setzt diejenige Grenze, bis zu
der ein idealer DAC ein Signal
fehlerfrei verarbeiten kann.
Weil ein 16-Bit-DAC 216 ver-
Bild 14: Das kompensierte Signal
schiedene Ausgangsspannungen
erzeugen kann, ist die Genauigkeit
entsprechend begrenzt.
Wenn DAC-Takt und erzeugtes
Signal nicht korrelieren, dann
verhält sich der Qantisierungsfehler
wie weißes Rauschen, mit
anderen Worten: Der Rauschflur
am DAC-Ausgang steigt entsprechend
an, ist aber nicht von der
Frequenz abhängig.
Das thermische Rauschen kann
theoretisch nicht kleiner sein als
-174 dBm/Hz bei Zimmertemperatur
(Widerstandsrauschen).
Hinzu kommt das elektronische
Rauschen der Transistoren.
Das digitale Kopplungsrauschen
stammt von den Schaltvorgängen
innerhalb des DACs her.
Die hiermit erzeugten steilen
Flanken können das Massepotential
partiell anheben und
somit über die Veränderung der
Betriebsspannung eine Fehler
bewirken. Unerwünschte Kopplungen
(Transienten) kommen
hinzu. Weil die Isolation zwischen
digitalem und analogem
Bereich nicht ideal ist, treten
diese Transienten auch in der
analogen Sektion des DACs auf.
Zusätzlich treten, da die Schaltfrequenz
in der digitalen Sektion
des DACs erzeugt wird, Mehrfache
der DAC Sample Rate
auf. Je nach Technologie und
Prozessgeometrie können diese
Überlagerungen im Bereich
-55 bis -60 dBFS oder auf dem
Noise Level des DACs liegen.
Takt-Nebenwirkungen, die sich
als digitale Verkopplungen zeigen,
sind am gefährlichsten in
DACs, die eine Interpolation
ermöglichen. In solchen DACs
kann die Ausgangs-Abtastrate
zwei-, vier- oder achtmal höher
als die Eingangs-Datenrate
sein. Interne Modulatoren des
DACs können das Eingangssignal
überall hin in das mögliche
Spektrum des DACs umsetzen,
daher ist es auch möglich, aber
oft problematisch, das zu verarbeitende
Signal nahe dieser unerwünschten
„Taktfrequenzen” zu
platzieren.
Heute üblich sind DACs für
Funk-Sender mit einem Gesamtrauschen
von etwa -160 dBm/
Hz. Kleinere Werte darf man
in Zukunft erwarten, da der
Abstand zu -174 dBm/Hz noch
Verbesserungsmöglichkeiten
verspricht.
Ein weiterer Störfaktor sind
Verzerrungen infolge nichtlinearer
Übertragungskennlinie des
DACs. Bei niedrigen Frequenzen
ist die Verzerrung oft eine Funktion
der DNL and INL des DACs
(s. DAC Data Sheets für mehr
Information über DNL and INL).
Bei höheren Frequenzen ist die
DAC-Verzerrung eine Funktion
der begrenzten Linearität der
internen Transistoren wie auch
parasitärer Effekte.
Das Rauschen des Quadraturmodulators
wurde durch technologische
Fortschritte in den
letzten Jahren gesenkt. Derzeit
beträgt es etwa -160 dBm/Hz.
Wie auch andere aktive Baustufen
bewirkt der Quadraturmodulator
nur geringe Verzerrungen.
Diese nehmen mit Signalpegel
und Frequenz zu. Wenn ein
Mixer vorhanden ist, dann muss
man mit Verzerrungskomponenten
auf folgenden Frequenzen
rechnen:
m × Input Frequency ± n ×
LO Frequency
Es ist hilfreich, sich nach dieser
Formel eine Tabelle der möglichen
Intermodulationsprodukte
anzufertigen.
40 hf-praxis 9/2011