员国栋

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

高速ADC在短波宽带接收系统中的应用

员国栋

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510663）

文章论述了基于高速A/D转换芯片LTC2209应用的电路设计。系统应用结果表明基于LTC2209的短波宽带接收系统能够同时接收处理2 MHz带宽内的短波信号。系统指标满足设计要求。

短波宽带接收系统；A/D转换器；信噪比；采样率

随着现代通信技术的发展，电磁环境越来越复杂，数字化、宽带化成为当今无线通信的重点主流方向。接收系统对输入带宽的要求越来越宽，对ADC的性能要求也越来越高。短波宽带接收系统的工作原理如下：天线将收到的信号首先经过带通滤波器滤除大部分信号噪声，再经过混频器与系统提供的本振信号进行混频，输出中频信号，再经过带通滤波器滤除噪声，最后通过数字自动增益控制电路、A/D转换，送入数字中频处理模块。中频数字信号处理模块基于FPGA实现。

1 高速LTC2209应用设计

LTC2209可以接收高频、宽动态范围信号，具有700 MHz的宽模拟输入带宽，数字输出可以是差分LVDS或单端CMOS，主要应用于频谱分析和接收系统。LTC2209应用设计时主要包括以下几个方面。

1.1 输入驱动电路设计

设计高性能ADC之前的输入配置，是获取所需系统性能的关键所在。在ENC下降沿到来时，ADC采样周期开始，LTC2209的采样保持电路将采样电容与输入信号相连，采样电容开始充电，当ENC上升沿到来时，采样周期结束，同时记录并保持采样电容上的电压值。在理想情况下，输入驱动电路速度应当足够快以便采样电容能在采样周期内充分充电。但在实际应用中，ADC的SFDR受输入驱动电路的影响而降低。

在短波宽带接收系统中，输入信号频率在50 MHz至100 MHz之间，为了取得更高的精度，ADC信号输入采用差分输入形式。差分输入信号也能够很好地抑制奇偶次谐波、能够很好地抑制电源和地噪声，以及共模信号的干扰。单端射频输入信号经过一个1∶1的变压器将单端信号转为差分输入信号。为了有效降低噪声，避免信号反射，在ADC输入端进行阻抗匹配，设计匹配网络。其输入驱动电路如图1所示。

1.2 输入时钟设计

LTC2209时钟输入端的噪声会引起时钟抖动。当采样保持放大器的采样开关不能够以精确的时间间隔打开时，ADC将会产生内部抖动。输入时钟抖动对SNR影响的计算公式如式（1）所示。

图1 ADC输入驱动电路

其中fin是输入频率，tJITTER是以均方根秒表示的时钟抖动。

为了减小输入时钟抖动，主要考虑以下方面：（1）采用差分时钟输入；（2）采用尽可能大的时钟幅度；（3）在差分输入端采用平衡电阻电容以消除共模噪声。

LTC2209的最高编码速率为160 Msps，在正常工作情况下，输入时钟占空比必需50%，输入时钟周期不能短于7.3 ns。在本设计中，采用高稳定度的时钟，频率稳定度为1×10-8/d，采用FPGA的时钟管理模块将单端时钟转换为差分时钟输入，并在ADC时钟输入端采用平衡电阻、电容以消除共模噪声干扰。

1.3 工作模式选择

LTC2209通过内部可编程增益放大器为ADC提供2.5 V的参考电压，参考电压可以选择ADC内部提供，也可以选择外部输入，当ADC参考模式引脚SENSE与工作电压VDD连接时，选择内部2.5 V参考电压，在本设计中，将SENSE与VDD连接，选择内部2.5 V参考电压。

PGA引脚用来选择ADC前端的增益设置。当PGA接高电平时，选择前端增益为1，输入峰峰范围值为2.5 V，当PGA接低电平时，选择前端增益为1.5，输入峰峰值范围为（0～1.5 V）。在设计中，将PGA引脚接低电平，选择1.5 V的输入峰峰值范围。

DITH引脚是内部去抖电路使能引脚，DITH接低电平时，禁用内部去抖电路，当DITH接高电平时，使能内部去抖电路。在这里，DITH接高电平，选择内部去抖电路，减小信号抖动对噪声性能的影响。

LVDS引脚用来选择数据输出模式，LVDS与低电平相连选择全速率CMOS输出模式，与1/3VDD相连选择多路CMOS输出模式，与2/3VDD相连选择低功耗LVDS模式，与VDD相连选择标准的LVDS输出模式。在这里将LVDS引脚接地，选择全速率CMOS输出模式。

1.4 ADC前端AGC设计

短波宽带接收系统的动态范围受ADC之前射频增益的影响，ADC不可能支持120 dB的动态范围，为了防止小信号输入时ADC的量化噪声引起接收机噪声系数和灵敏度的恶化，在ADC饱和时产生的带内谐波和交调产物阻塞微弱的有用信号。在ADC前端使用自动增益控制（Automatic Generation Control，AGC）电路。在短波宽带接收系统中，采用两级数控AGC进行增益控制，调节步进为1 dB。AGC由FPGA进行实时控制，当信号电平高于灵敏度时，AGC调整增益直到获得合适的信噪比SNR输出，保持ADC之前的信号电平基本恒定。

1.5 ADC线路设计要求

为了减小各种噪声对A/D转换的影响，LTC2209在PCB设计时采用多层板设计，并且采取单独的电源层和地层。数字信号和模拟信号布线时尽量分开，避免数字信号线与模拟信号线并行走线，避免信号线穿过ADC器件下方。电源引脚的去耦电容应尽量靠近电源引脚，并用尽可能宽的信号线相连。

为了获取更好的电磁特性和散热效果，LTC2209底部焊盘必须与完整的底层充分连接。

2 系统测试结果

短波宽带接收系统样机采用LTC2209作为高速A/D转换模块，同时接收处理2 MHz带宽内的短波信号。对短波宽带接收系统的各项指标进行了测试。其中USB，LSB基准灵敏度测试方法如下，测试结果如表1所示。

USB，LSB基准灵敏度测试步骤：（1）按图4连接好测试设备；（2）设置接收机参数：工作种类分别为USB，LSB，带宽3 kHz，人工增益控制（000）；（3）设置信号源G1频率为F0+1kHz，调整信号源G1幅度使音频分析仪SINAD为12 dB；（4）读取信号源G1的输出信号幅度为基准灵敏度（μV）。

各项实验结果表明，基于LTC2209的短波宽带接收系统能够同时处理2 MHz带宽内的短波无线通信信号，各项指标满足系统设计要求。有效地提高了系统通信速率和通信效果，减小了通信系统所需空间。

3 结语

短波通信一直是军事通信的重要通信手段，随着通信技术的发展和业务需求的增加，传统的窄带接收系统已经无法满足现代通信的需求，接收系统正朝着宽带化方向发展。芯片制造工艺和设计技术的提高，将会生产出低功耗、小体积、更高速率和分辨率的A／D变换器，为宽带接收系统的发展提供了保证。

[1]杨小牛，楼才义，徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2001.

[2]詹姆斯.宽带数字接收机[M].杨小牛，陆安南，金飚，译.北京：电子工业出版社，2002.

[3]曾兴雯，杜武林.高频电路原理与分析[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

Application of high speed ADC in short wave wideband receiving system

Yuan Guodong
（Guangzhou Haige Communications Group Limited by Share Ltd., Guangzhou 510663, China）

The circuit design based on application of high speed A/D conversion chip LTC2209 is discussed in this paper. Application of the system result shows that the short wave broadband receiving system based on LTC2209 can receive and process short wave signal within 2 MHz bandwidth at the same time, which meets the design requirements.

short wave broadband receiving system; A/D converter; noise-signal ratio; sampling rate

员国栋（1976— ），男，陕西华阴，工程师；研究方向：无线通信数字电路。