芯耀
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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(shí)域波形中會(huì)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(shí)域響應(yīng)會(huì)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(huì)得到一個(gè)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(gè)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(jì)了一個(gè)具有逆響應(yīng)的數(shù)字濾波器，以藍(lán)色表示。當(dāng)這個(gè)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(shí)，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(hào)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(huì)導(dǎo)致數(shù)字飽和。
去除不需要的圖像信號(hào)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(shí)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(hào)并衰減不需要的圖像。例如，圖中展示了一個(gè)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(gè)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(hào)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(hào)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(hào)比所需信號(hào)低70分貝。這對(duì)于許多應(yīng)用來說已經(jīng)足夠了。
重構(gòu)濾波器前后的時(shí)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(gè)相對(duì)容易設(shè)計(jì)的重構(gòu)濾波器，因?yàn)榈诙慰固貐^(qū)的鏡像頻率遠(yuǎn)離第一奈奎斯特區(qū)內(nèi)的所需信號(hào)。但我們并不總是這么幸運(yùn)。
再舉一個(gè)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(hào)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(hào)接近重構(gòu)濾波器的-3分貝點(diǎn)。因此，該濾波器使所需信號(hào)額外衰減了3分貝。
第二奈奎斯特區(qū)的鏡像信號(hào)離所需信號(hào)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(hào)功率僅比所需信號(hào)低約20分貝，這可能不夠?？赡苄枰叩慕刂诡l率和更高的濾波器階數(shù)來減少所需信號(hào)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(hào)。然而，在頻域中顯示，我們?cè)诓恍枰溺R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(diǎn)，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)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(hào)鏈中移除模擬混頻器或上變頻器。但是，請(qǐng)注意，第二奈奎斯特區(qū)內(nèi)正弦波的輸出功率相當(dāng)?shù)?，比第一奈奎斯特區(qū)內(nèi)信號(hào)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(duì)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(jiǎn)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?yàn)樵谳^高的奈奎斯特區(qū)中會(huì)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(qiáng)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?yàn)樗鼈兡軌蚶枚鄠€(gè)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(bǔ)碼歸零波形。
此外，還可以在零階保持波形或補(bǔ)碼歸零波形上添加短復(fù)位脈沖，以進(jìn)一步增強(qiáng)高頻信號(hào)。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(bǔ)碼歸零波形。
