RF采样：数字混频器的应用

在通信系统中，数字处理器可馈送或接收基带频率下的数字数据；这能让数据速率保持合理的速度以供处理。采用传统的收发器架构，数据转换器工作时支持低频模拟信号。在该队列的其它地方要有附加的模拟混频器，以便将较低的频率转换成较高的频率或将较高的频率转换成较低的频率。而使用RF采样数据转换器，则可在高频率下直接生成或接收模拟信号。这些数据转换器配备了数字混频器，可将基带信号移入或移出要求的高频率位置。为简单起见，笔者将集中讨论数模转换器（DAC），但是这些理念在信号流方向相反的模数转换器（ADC）中是同等重要的。有两个适用于数字混频器的主要选项：从真实数字输入到真实数字输出或从复杂数字输入到真实数字输出。图1展示了DAC中的这两个选项。




复杂混频器更有利，因为输入I和Q数据可占用输出信号带宽的一半，图像及载波分量自然而然会受到抑制。与其模拟对应产品不同的是，数字混频器近乎完美，因此不存在能转化为不完善边带抑制或载波馈通的瑕疵。

数字混频器像其模拟对应产品一样，需要适用于混频操作的振荡器信号源。一种轻松的实施方法是使用基于该数据转换器采样时钟的固定频率。使用固定振荡器频率、采样速率被4除（Fs/4）的粗调混频器非常容易实现。该复杂混频器将I和Q输入数据乘以正交音调：余弦和正弦。当采用Fs/4混频时，乘法因子可简化为1、0或-1：无需实际的乘法运算。通过在I/Q数据流内提取合适的数据点，您可得到输出 —— 这是一种能最大限度降低电流消耗的简单方法。图2展示了Fs/4混频操作和输出模式。



当您需要更多灵活性时，数控振荡器（NCO）可提供这种振荡器功能。该NCO经过编程，可处于该器件奈奎斯特区内的任意频率下。这就允许信号通过软件被移动到任意的RF频带。该NCO可使用快速查找表来创建振荡器信号。常见的实施方案利用可提供子赫兹级频率分辨率的32位至48位NCO。此外，该混频器还具有相位调整功能。图3是该NCO的方框图。




与其模拟对应产品相比，数字混频器可提供更卓越的性能。用户可即时为精确的频率输出进行编程，无需硬件改装。像DAC38J84这样的DAC可采用适合发射器的所有粗调与精调混频器选项。而像ADC12J4000这样的ADC则包含一个适合在接收器上使用的复杂混频器。

为了在软件定义架构中增加灵活性，该转换器可使用多个数字混频器，以便让多种信号能在频率范围内独立地移动。这可提供非常轻松地支持多频带应用并根据需要实时更改频带的机会。

在下个月的文章中，笔者将讨论用来实现高采样率RF采样ADC的交叉存取威廉希尔官方网站 。