高效能gsps adc 為基於賽靈思fpga 的設計解決方案帶來板載ddc 功能
寬頻每秒數千兆個樣本 (gsps) 模數轉換器 (adc) 為高速採集系統帶來眾多效能優勢。這些adc 在高取樣率和輸入頻寬下提供較寬的可見頻譜。然而，有些情況需要寬頻前端，有些則要求能夠濾波並調諧為較窄的頻帶。
當應用只需要較窄帶時，用adc 取樣、處理和傳送寬頻頻譜本身就低效，而且還耗能。當資料鏈路占用賽靈思fpga中的大量高速收發器，只為在後續處理中對寬頻資料進行抽取和濾波時，就會產生不必要的系統負擔。賽靈思fpga 收發器資源可以得到更好的分配，以接收所需的低頻寬並疏導來自多個adc 的資料。可在fpga 的多相濾波器組通道器中針對頻分復用 (fdm) 應用進行額外濾波。
高效能gsps adc 現將數字下變頻(ddc) 功能在訊號鏈中進一步提公升，以使其位於基於賽靈思fpga 的設計解決方案的adc 之中。該方案為高速系統架構師提供了多種新的設計選擇。然而，由於該功能對adc 來說相對比較陌生，因此工程師可能就ddc 模組在gsps adc 中的執行存在一些設計相關問題。讓我們理清一些最常見的問題，以便設計人員能夠更有信心地使用這種新技術。
為了充分獲得ddc的效能優勢，設計中還要包含濾波器-混頻器元件以作為抽取的補充。
什麼是抽取？
最簡單的定義，抽取就是只觀察adc輸出樣本中具有週期性的子部分，而忽略其他部分。結果就是通過下取樣來有效降低adc 取樣率。例如，adc的m 抽取模式只輸出第m 批樣本中的第乙個，捨棄之間的所有其他樣本。對每個m 的倍數，重複該方法。
樣本抽取本身只能有效減小adc取樣率，並相應地作為低通濾波器。如果沒有頻率變換和數字濾波，抽取只會在頻域中將基波的諧波以及其他雜散訊號相互疊加。
ddc的作用是什麼？
既然抽取本身無法阻止頻帶外訊號的疊加，那麼ddc 是如何做到的？
為了充分獲得ddc 的效能優勢，設計必須包含濾波器- 混頻器元件作為抽取功能的補充。數字濾波能從狹義上的頻帶（由抽取比率設定）中有效消除帶外雜訊。ddc 的典型數字濾波器實現方案是乙個有限脈衝響應 (fir) 濾波器。由於沒有反饋，這種濾波器只與過去的輸入有關。濾波器的通帶應匹配抽取後的轉換器有效頻譜。
ddc濾波器應該多寬？
ddc 的抽取比率通常基於整數因數，即2 的冪次方（2, 4, 8, 16 等）。不過，抽取比率實際上可以是基於ddc架構的任意比率，包括小數抽取。對於小數抽取的情況，在抽取前通常需要乙個插值計算模組來實現有理分數比率。
理想情況下，數字濾波器應準確匹配抽取頻率頻寬並濾去頻帶以外的一切干擾。然而，實際的有效濾波器頻寬無法準確匹配抽取比率的整個頻寬。因此，濾波器頻寬將是抽取頻率的一定百分比，例如85% 或90%。舉例來說，抽取因數為8 的濾波器的有用頻寬實際上可能是取樣率除以10 或fs/10。ddc 濾波級必須具備較低的通帶紋波和較強的阻帶混疊抑制能力。
頻率是固定的嗎？
下個問題是ddc 濾波器的頻率是固定的，還是能進行調諧並集中於某個所需的特定頻帶。
我們已經討論了ddc 的抽取和濾波級。不過，只有在所需頻率處於從dc 開始的濾波器通帶之內時才有意義。如果不是這樣，我們需要採取方法將濾波器調諧到不同的頻譜部分以觀察有用訊號。可利用數控振盪器(nco) 在第乙個或第二個奈奎斯特區域內調諧窄帶。nco 用來將濾波器頻帶調諧和混合到寬頻頻譜的不同部分（圖1）。
圖1 – 採用低通濾波器和nco的頻率變換可在所需頻率下有效實現帶通濾波器。頻率規劃能確保不想要的諧波、尖刺和影象落在頻帶以外。
數字控制字提供取樣率的小數分頻器，頻率布置解析度由數字控制字中所使用的位數來設定， 可實現對有用頻帶的混合。控制字具備相應的調諧範圍和解析度，以便將濾波器放在所需的位置。典型的nco 控制字可能多達48 位解析度，跨越取樣頻率的兩個奈奎斯特頻帶，這對大多數應用來說足夠了。
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