解析高速信號發生應用中的要求

　在高速信號發生應用中，帶寬和分辨率是關鍵要求。新型信號發生應用運用高速數模轉換器（DAC）來產生各種不同類型的波形，包括單音直至具數百兆赫茲帶寬、復雜的多通道波形。這些應用要求高速DAC足夠快，以在不犧牲模擬性能的前提下產生這些波形。在很多信號發生應用中，相位噪聲會限制通道的數量以及可能實現的通道間隔。傳統上，相位噪聲由驅動DAC時鐘輸入的時鐘信號引起，不過DAC增加的任何相位噪聲都會出現在輸出頻譜中，并限制可能產生的信號。對任何通用信號發生應用而言，理想DAC的速度應該盡可能快，且噪聲低、線性度高、附加性相位噪聲非常低。這些性能規格中的任何一項如果缺失，那么所產生的波形都不足以滿足應用的要求。
　　帶寬
　　在任何信號發生應用中，最重要的設計標準都是帶寬。任何設計師都會問到的第一個問題是：需要多大的帶寬來產生想要的信號？對于特定信令協議或特定應用，設計師可能需要一定大小的帶寬。無論設計師想要實現的帶寬有多大，DAC的速度都要至少是想要帶寬的2倍。帶寬與采樣率（fs）之間的這種關系是由哈里-奈奎斯特定義的，描述了信號在采樣系統中的表現。
　　盡管可以產生帶寬從DC至fs/2的信號，但是這么做常常不實際，因為輸出頻譜中會出現所產生信號的鏡頻信號。鏡頻信號會出現在N×fs±fout（其中，fout是所產生信號的頻率）。實際上，需要重建濾波器來衰減可能出現在輸出頻譜中任何所產生信號的鏡頻信號。即使所產生信號的帶寬沒有延伸到fs/2，但接近于它，鏡頻信號也會難以濾除。重建濾波器是用真實元件在模擬域實現。與數字濾波器不同，這些元件是非理想的，會導致具紋波及插入損耗的非理想通帶。一般而言，這些濾波器階數越高，產生的紋波和插入損耗就越大，從而使理想濾波器更加難以設計。信號帶寬越接近fs/2，濾波器階數就必須越高，以衰減采樣過程中產生的鏡頻信號。濾波器階數越高，所需元件就越多，也就會產生更大的插入損耗和通帶紋波。
　　
　　圖1：LTC2000建議原理圖。
　　運用采樣速率較高的DAC會增大可用帶寬，這將降低對濾波器的要求，允許濾波器采用較少的元件，降低復雜性，從而簡化設計，產生更好的結果。LTC2000是一款高性能、16位、2.5Gsps高速DAC，具有2.5Gsps采樣率，從而fs/2頻率為1.25GHz.因此，對于800MHz的信號帶寬，在1.7GHz處會有一個鏡頻信號。在想要的頻帶和鏡頻信號頻率之間有900MHz.憑借900MHz的保護帶，鏡頻信號可以用簡單的低通濾波器輕松濾除。具有較低采樣速率的DAC所產生的鏡頻信號更靠近想要的頻率，因此需要更加嚴格和復雜的濾波器。
　　要產生帶寬延伸到fs/ 2的信號，還有另一個問題，即任何DAC都存在SINC（sin（x）/x）滾降，隨著頻率升高，這個問題將使所產生的信號衰減。這種滾降在采樣頻率（fs）處有一個零點，從而不可能產生一個準確出現在采樣頻率上的信號。所產生的信號只是一個DC電壓。對于實際應用而言，大約60%的奈奎斯特區域（DC至fs/2）沒有很大的SINC衰減，而可被利用。如果0dB是DC時的信號電平，那么在60%奈奎斯特頻率處，信號電平會下降6dB.人們常常在數字域實現這種滾降的反向補償，以糾正所產生信號的自然滾降。這使DAC能夠產生隨頻率變化具恒定幅度的波形。如果使用更高速度的DAC，那么SINC函數的滾降會隨DAC輸出頻率的升高而減輕。