DAC基礎(chǔ)知識介紹---輸出響應(yīng)(二)

接著上一篇文章，DAC基礎(chǔ)知識介紹---輸出響應(yīng)(一)

本篇文章我們將繼續(xù)探討DAC輸出響應(yīng)。這些圖像在輸出時域波形中會產(chǎn)生階梯狀響應(yīng)，或者更準(zhǔn)確地說，重構(gòu)波形的階躍時域響應(yīng)會在較高的奈奎斯特區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生圖像，并決定這些圖像的輸出功率。此處展示了正弦波的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）輸出響應(yīng)。使用濾波器去除不需要的圖像也會得到一個平滑的正弦波。

由于重構(gòu)波形導(dǎo)致的奈奎斯特區(qū)間內(nèi)輸出功率損失的問題，可以通過使用數(shù)字濾波器來平坦化或均衡化響應(yīng)來解決。在這個圖中，我們可以看到在第一奈奎斯特區(qū)間內(nèi)，重構(gòu)波形響應(yīng)以紅色表示。已經(jīng)設(shè)計了一個具有逆響應(yīng)的數(shù)字濾波器，以藍色表示。當(dāng)這個濾波器應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）輸出之前的數(shù)字樣本時，得到的校正頻率響應(yīng)在大約80%的奈奎斯特區(qū)間內(nèi)是平坦的。校正后的響應(yīng)以綠色表示。

在濾波器之前，數(shù)字信號必須稍微衰減，以確保濾波器在較高輸出頻率下的增益不會導(dǎo)致數(shù)字飽和。

去除不需要的圖像信號是通過在數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的輸出端使用模擬濾波器來實現(xiàn)的，這種濾波器被稱為重構(gòu)濾波器。重構(gòu)濾波器的目標(biāo)是選擇所需的圖像信號并衰減不需要的圖像。例如，圖中展示了一個五階低通巴特沃斯濾波器。它的截止頻率設(shè)定在第一奈奎斯特區(qū)的80%。頻率響應(yīng)表明，它可以用來選擇第一奈奎斯特區(qū)，并衰減更高奈奎斯特區(qū)的圖像。

以下是一個使用之前所展示濾波器的例子。假設(shè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的采樣率為每秒1G樣本，所需的輸出頻率為30Mhz。我們之前說過，該濾波器的通帶為第一奈奎斯特區(qū)的80%，因此其截止頻率為400Mhz。所以，所需的30Mhz信號完全位于濾波器的通帶內(nèi)。

由于重構(gòu)波形響應(yīng)，第二奈奎斯特區(qū)的鏡像輸出功率比所需信號低約32分貝。然后，重構(gòu)濾波器又增加了約38分貝的額外抑制，使得鏡像信號比所需信號低70分貝。這對于許多應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。

重構(gòu)濾波器前后的時域波形顯示在右側(cè)，其中階梯狀響應(yīng)變得平滑，并且恢復(fù)出了清晰的正弦波。這是一個相對容易設(shè)計的重構(gòu)濾波器，因為第二奈奎斯特區(qū)的鏡像頻率遠離第一奈奎斯特區(qū)內(nèi)的所需信號。但我們并不總是這么幸運。

再舉一個例子。但這次假設(shè)所需的輸出頻率為400Mhz，正好位于濾波器的截止頻率上。由于這種情況將所需信號置于第一奈奎斯特區(qū)的末端附近，我們可以看到由于重構(gòu)波形或同步響應(yīng)而產(chǎn)生了約2分貝的損失。此外，所需信號接近重構(gòu)濾波器的-3分貝點。因此，該濾波器使所需信號額外衰減了3分貝。

第二奈奎斯特區(qū)的鏡像信號離所需信號更近，因此來自重構(gòu)波形和重構(gòu)濾波器的抑制都較小。結(jié)果，鏡像信號功率僅比所需信號低約20分貝，這可能不夠。可能需要更高的截止頻率和更高的濾波器階數(shù)來減少所需信號的衰減并增加不需要圖像的衰減。我們?nèi)匀豢梢钥吹诫A梯狀響應(yīng)是平滑的，并且恢復(fù)出了平滑的信號。然而，在頻域中顯示，我們在不需要的鏡像頻率上仍然有相當(dāng)大的輸出功率。

前面的例子展示了使用重構(gòu)濾波器來選擇第一奈奎斯特區(qū)的圖像。然而，也可以選擇不同的奈奎斯特區(qū)圖像，比如第二奈奎斯特區(qū)的圖像。為了做到這一點，我們需要設(shè)計一個濾波器來選擇第二奈奎斯特區(qū)的圖像，而不是第一奈奎斯特區(qū)的圖像。這里的主要好處是可以從信號鏈中移除模擬混頻器或上變頻器。但是，請注意，第二奈奎斯特區(qū)內(nèi)正弦波的輸出功率相當(dāng)?shù)停鹊谝荒慰固貐^(qū)內(nèi)信號的輸出功率低30分貝以上。

如果數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的峰值輸出功率為0分貝毫瓦（dBm），那么第二奈奎斯特區(qū)的圖像功率就低于-30 dBm，這對于許多系統(tǒng)來說是不可用的。輸出功率損失的原因是之前展示過的零階保持波形。為了利用其他奈奎斯特區(qū)，我們必須找到一種在所需頻率上損失較小的重構(gòu)波形。

用于第一奈奎斯特區(qū)以外的奈奎斯特區(qū)的重構(gòu)波形通常被簡單地稱為多奈奎斯特波形。

使用零階保持波形的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）通常僅用于第一奈奎斯特區(qū)，因為在較高的奈奎斯特區(qū)中會出現(xiàn)輸出功率損失。然而，可以使用其他重構(gòu)波形來增強其他奈奎斯特區(qū)。

使用這些替代波形的DAC被稱為多奈奎斯特DAC，因為它們能夠利用多個奈奎斯特區(qū)。

多奈奎斯特DAC最常見的波形包括典型的零階保持波形、歸零波形和補碼歸零波形。

此外，還可以在零階保持波形或補碼歸零波形上添加短復(fù)位脈沖，以進一步增強高頻信號。每種波形在輸出功率和輸出平坦度之間都存在權(quán)衡，這意味著一種波形可能并不適用于所有應(yīng)用。讓我們從零階保持波形開始，詳細(xì)看看這些重構(gòu)波形。

下一篇文章我們將繼續(xù)介紹零階保持波形、歸零波形和補碼歸零波形。