基于连续时间的宽带模拟前端，降低了高性能通信和仪表系统的功耗

连续时间Δ-Σ（CTDS）模数转换器（ADC）是音频系统，电话手机和移动电子产品的首选架构。该ADC架构可实现高效集成，信号链减少和低功耗等优势。虽然CTDS ADC在高动态范围和功率效率是主要要求时优于其他类型的ADC，但其他类型的ADC（如流水线ADC）已成为蜂窝通信基础设施系统的主流选择，这要归功于它们能够转换宽带模拟输入ADI公司最近推出的技术突破现在允许CTDS ADC以非常高的频率数字化宽带信号。这克服了先前的局限性，并且还使CTDS ADC引入的更宽频带系统具有显着的系统级优势，使其在低频应用中普及。

本文介绍了此类最新创新的实施。特别地，讨论了模拟前端，包括其核心处的宽带CTDS带通ADC，用于通信和仪器系统中的高频信号的数字化和下变频。嵌入式带通ADC不需要外部抗混叠滤波器和驱动放大器/缓冲器，大大减少了信号链的元件数量，功耗，并放宽了整体规格。此外，还集成了片上可编程数字滤波和下变频，为设计人员提供了完整且易于使用的解决方案。

连续时间Δ-Σ（CTDS）ADC 1 由于与其他类型的ADC相比具有许多优势，多年来一直是高性能音频到蜂窝手机RF前端等广泛应用的模拟 - 数字架构。其优点包括更高的集成适应性和低功耗，但也可能更重要的是，因为使用CTDS可以解决许多重大的系统级问题。由于许多技术缺点，CTDS的使用先前已限于相对较低的频率/带宽和较低的动态范围。因此，高性能奈奎斯特速率转换器，如流水线和逐次逼近型ADC，已成为高性能/高频数字化应用的主流解决方案。

然而，ADI公司最近推出的技术突破已经克服了许多先前的限制。因此，基于CTDS制作高速ADC能够实现更高的性能规格，存在强干扰时的稳定性，可编程频率响应，从而能够解决蜂窝基础设施系统中的许多重要信号处理问题并选择高性能仪器应用等。

为了更好地理解，我们考虑一下，通信系统的经典外差接收信号链。使用主流开关电容器奈奎斯特速率的传统方案，高速ADC如图1（a）所示。这里，混频器产生的中频（IF）信号需要被缓冲并且可能使用驱动放大器进行放大。奈奎斯特ADC还需要抗混叠滤波器（AAF），有时通过表面声波（SAW）滤波器或多极分立SMD滤波器实现。最后，所需的IF无线电信号到达ADC。其输出采用高采样率fs（fs / 2远大于中心/ IF频率），通过通信数字ASIC进一步处理（滤波和下变频到基带）。

< p>使用CTDS时，相同的处理链大大简化了，如图1（b）所示。由于CTDS具有电阻输入，因此可以由混频器直接驱动，不需要驱动放大器。此外，CTDS的内核包括一个CT模拟滤波器，它隐含地执行AAF功能，因此允许用输入SAW / SMD离散滤波器消除 2 。此外，CTDS可以具有带通滤波器频率特性（实际测量的示例见图2），可调谐到所需IF输入频率的中心，并具有显着的带外衰减。这种通带被过采样，数字化，并且被数字抽取并下变频到基带，并以比图1（a）的情况低得多的数据速率（并且具有更低的功耗）提供给数字ASIC。

上述系统级简化是CTDS与其他高速ADC架构之间基本架构差异的直接结果。

这种简化的额外好处是巨大的。在图1（a）中，驱动放大器可以消耗与ADC本身相当的功率，同时影响链的整体噪声系数。图1（a）中的AAF不能轻易集成。此外，需要针对IF（和频率规划）和特定信号链实现的每个选择适当地选择新的滤波器。经验丰富的系统设计人员知道滤波器的实现通常非常耗时，因为具有相同滤波器功能的不同组件选择可能由于与奈奎斯特ADC的前端采样电路的非线性交互而导致显着不同的线性性能。相反，在图1（b）中，去除了AAF滤波器并且CTDS的良性电阻输入取代了前端采样电路，滤波功能由CTDS执行，其频率特性在模拟中进行了数字编程。设备的技术。因此，完全相同的CTDS可以在多个信号链中互换使用，并可以数字调谐到所需的频率和带宽，从而大大简化和加速整个平台开发过程。毋庸置疑，对于相同的功能和性能，图1（b）中的信号链具有比图1（a）中的信号链更低的功耗和更小的形状因子。

该技术的实例化ADI公司的AD6676具有如图3所示的功能框图。后者是一个集成的IF数字化子系统，嵌入了具有极高瞬时动态范围的可调谐带通CTDS，以及数字滤波和下变频功能，支持自动增益控制，集成时钟合成器和JESD204B串行输出接口。通带的中心频率（IF）可以在70 MHz和450 MHz之间进行数字调谐，其带宽可以设置在20 MHz和160 MHz之间，带内噪声频谱密度不同。

该部分的性能，如数据表所示，适用于各种宽带蜂窝基础设施设备和中继器，点对点微波设备，频谱分析仪，通信仪器和许多其他功能

结论

当使用连续时间Δ-ΣADC时，可以实现重要的信号链简化和性能优化，以及提高系统设计灵活性和减少开发工作量。这些架构的一些优点之前已经在各种低功耗和移动应用中普遍使用。得益于最近的IC技术突破，CTDS现在还能够满足许多通信基础设施和仪器系统严格的ADC高动态性能要求，同时在强带内和带外干扰的情况下保持稳定运行。 IF子系统嵌入带有可编程中心频率（IF）和带宽的带通CTDS高速转换器，结合数字下变频和滤波后处理后端级，以及其他集成功能，为软件无线电提供了非常灵活和强大的解决方案应用。此外，通过进一步允许消除主流ADC技术强制要求的其他信号调理模块，它还可以降低整个系统级别，提高灵活性和信号链的性能优化。