数据转换器中数字信号处理技术分析

摘要：数据转换器中数字信号处理技术的研究首先要分析数据转换器中应用数字信号处理技术是否符合下一代系统标准，而后说明三个有关数字增强转换器的例子：时间交替模数转换器、全数字锁相环、预校正功率放大器。协同操作系统是将数据转换器的形式扩展形成，扩展方向是一个包含数字与模拟前后处理单元。分析结果表明，要想获得转换器的最佳整体性能需要采用整体设计方法。

关键词：数据转换器 数字增强 信号处理

中图分类号：TN911.7 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）06-0232-01

目前混合信号系统已经遍及所有的电子设备，电子设备都是有数据转换器组成。现在由于模拟信号处理与数字信号处理界限已经模糊不清，与通常不在相同，所以就不在严格区分信号处理领域问题。现在信号处理系统正被研究者和电路设计者用心的理念开发改变以往的数字信号处理的便利及数字CMOS技术，数据转换器的性能得到增强。市场需求的混合信号系统是推动基于数字信号处理技术的数据转换器朝灵活和高性价比方向发展。移动设备的发展使得系统设计成本问题和功耗都是需要重要考虑。目前，低功耗系统可以实现都是有数字CMOS器件的应用和电源电压降低所致。系统级对整个系统进行优化在电路及优化器之前可以进一步的降低功效。

1 数字增强数据转换器

由于数字电路的设计已经达到很高的自动化水平而模拟集成路设计复杂，所以两者之间存在着成本与功耗的差别。功耗方面可以通过对ADC满足增加数字逻辑不会增加系统功效条件进行比较，由此可以证明数字增强数据换器可以在混合信号系统中广泛使用。混合信号整体系统的优化可以通过数字增强数据转换器实现。可利用系统知识对整体的设计方法来设计协同操作各模块，并非是将功能模块分立设计。

2 数字增强数据转换器的例子

2.1 数字增强TI-ADC

TI-ADC包括许多个并行ADC，采样通过时间交替方式。因此，通道都会周期性的采集样值。高速的CMOS/ADC产品被采样示波器、低功率的中速ADC及下一代通信系统中必不可少的时间交替来实现的。

TI-ADC多通道匹配作为关键，如果特性不同的通道就会出现多余的调制项在输出谱中，无杂散动与降低音噪的范围会显著降低。增益失配、偏置失配、时间偏置失配三个失配通道会受到影响，其中校准最难的是时间偏置失配，时间偏置因为是实际采样时间和理想采样时间的一个确定时间差，所以它每个通道ADC时钟信号的不同时间延迟与通道特性本身引起的信号延迟两个方面影响。近代数字算法与模拟接口电路相结合是由于数字集成电路的巨大发展实现的，但是权衡两者之间的功耗，时间偏置很小，利用这种特性要满足更严格的要求就要开发新的高效算法。实际上更加困难的情况是辨识时间偏置失配，目前关注的方法只关注面向应用，例如TI-ADC在通信接收机的校准。

构建一个好的ADC就要利用数字增强和时间交替，但采用的方法必须是整体的设计方法：即获得实用的算法通过考虑整个系统来找到数字与模拟信号处理之间的最佳权衡。

2.2 数字增强全数字锁

数字增强全数字锁结构中的关键器件是数控振荡器，是传统的压控振荡器的代替品。反馈回路将模拟震荡信号转化为数字相应信号。

全数字锁相环有两个基本的数据转换器：数字量可被数控振荡器转化为模拟频率的模拟震荡信号；震荡信号被转化成数字相应信号由计数器与时间/数字转换器一起在反馈回路完成，非均匀时钟CKB频率是来自反馈回路的数字信号形式与参考信号比较，目的是要数控振荡器输出频率与参考时钟频率一致，因此计数器在CKR一个时钟周期内以数控振荡器输出频率累计，产生的数字相位信号整数精度强，且TDC精度通过比较CKV与REF之间时间差提高，单个变容二极管频率变化范围限制了它的频率分辨率，影响范围一般在20KHz。非理想的毛刺出现和噪声增强是强量化导致的。将量化误差移向较高的频率是为了提高瞬时频率分辨率。

全数字锁相环可通过调制达到模拟锁相环的性能。全数字锁相环要超过模拟锁相环可有数字信号处理技术达到。全数字锁相环与模拟锁相环相比性能更优及灵活性更高，但是系统性复杂性增加是一缺点，因此要充分展现其优点，电路设计者除了要有模拟电路设计技巧之外要有很深的系统级知识。

2.3 效率增强型射频功率放大器

高功率射频收发器的功率效率是无线基站中重要参数之一，因为它会影响到生产成本和运行成本。在接收端误码增加是由于功率放大器的非线性所引起的失真，这都是由放大器线性度与效率之间近似成反比，此外，临近通道间强干扰会由非线性引起。但是为了降低接收端误码率以及特殊要求，功率放大器必须是线性的。

数字基带预校正是最有效的线性化技术之一，数字预校正电路是一个功能模块置于功率放大器之间，作用是为了补偿射频功率放大器非线性失真。数字预校正电路与射频功率放大器可在理想情况下构成一个线性系统，因为涉及的知识有功率放大器及射频信号处理、数据转换和模拟信号处理及预校正和数字信号处理，所以采用方案必须是整体设计。

如输入信号为宽带时就要将功率放大器的存储效应考虑你在内，才能够获得充分的线性特征，输入信号为窄带则不用考虑，只要实现前置补偿器常用静态非线性就可充分获得线性特性。此时，功率放大器的输出信号要取决于输入信号的当前值与输入信号的过去值。

射频功率放大器的数字增强技术要进一步发展，只有将数字信号及功率放大器的输出信号等所有部分一起考虑才有可能实现这一目的。

3 结语

本文介绍了在深亚微米电路技术中模拟信号可以用数字增强型数据转换器进行处理。为了性能指标能够严格的满足，所以要将数据转换器范围扩大，扩大范围要到包括数/模预处理和模/数后处理单元。整体设计方案的采用使以前相互独立的模块变得相互依赖，提高了性能，但是设计的复杂程度有所增加。目前的数据转换器电路设计基本部分是数字信号处理，但这一发展已成为目前的趋势。

参考文献

[1]康辉，尚春宇，张蕴晴.数据转换器中数字信号处理技术研究[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2013，02：245-248.

[2]刘臣.数据转换器中数字信号处理技术的思考[J].中外企业家，2013，32：238.

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