用A／D变换器实现频率变换.doc

图片3 用AD变换器实现频率变换 在实验室和现场，对表征频率源的需求日益重要起来。本文的电路(见图1)具有简单价廉的特点。它用LTCl420 ADC欠取样一个较高的频率，驱动LTCl668DAC、然后滤波来执行下变频。其后，重新取样滤波器的输出，为单片微控制器产生一个易控制的取样率。除表征IF部分的载波或本振的输出外，此技术对于表征人DC、DAC、时钟源、信号源或逻辑器件及锁相环对相位噪声的影响都是有用的。 频率变换通常用二极管混频器或Gilbert单元混频器实现。下变频在无线电接收机中经常遇到上变频在发送器中经常遇到。一般的超外差接收机，通常有一个变换器来产生一个固定的中频(1F)。频谱分析仪、蜂窝基站、缆线调制解调器微波和卫星接收机、雷达和光通信系统都包含频率变换单元。 用ADC实现下变频 用一个ADC欠取样一个信号频率实现下变频，通常不被人们所熟知。这种方法所得到的输出信号频率是取样频率(fs)(或fs倍数)和输入频率之差。可用ADC在其整个线性带宽内欠取样任何频率。 如同混频器那样，此工作所得到的是一个和频和差频。然而，和频终止在和分离时间取样系统中差频相同频率。实际上，只保留差频。 一个欠取样系统的主要限制是输入信号的带宽必须不超过Nyquist区(Nyqulst区覆盖fsz带宽，高于或低于取样频率的整倍数)。任何超过所希望Nyquist区的信号覆盖进DC到fsz区域。假若其后在数字域的带通滤波限制感兴趣的频率范围，则可放宽上述限制。只要不希望的信号不覆盖进感兴趣的频率范围，则对感兴趣频谱影响可忽略。 在图1中，10Msps LTCl420把40455MHz输入信号变换为455KHz输出信号。当用高速DAC再生455KHz信号时，其后的模拟带通滤波器会使成本或功耗增加。模拟滤波器的一个优点是，当信号频率与取样率不相干时没有数学的人为现象。事实上，这种方法可使中频适合重新取样ADC的变换速率。 在这种方法中采用高速无限取样和保持的目的是利用高速取样的好处，该速率不需要处理取样。个高速ADC提供的数据率对于低功率处理器处理来讲是很快的，而数据率抽取可能大大地降低信噪比。在DAC之后，用一个模拟滤波器似乎是老的方法，但是陶瓷谐振器、有源滤波器或调谐器LC滤波器的滤波特性很难与一个数字滤波器相比。在初始12位数字转换之后，用一个较高分辨率的ADC，可分析细部并改善频率测量能力。 选择455KHz中频信号，以便更容易采用已有的4551tHz陶瓷谐振器或LC滤波器。注意LTCl5601单片5阶椭圆低通滤波器也可用在此应用中。做为电流输出器件的LTCl668，可驱动一个谐振电路调谐到所希望的频率。此信号在4551tHz一100Hz(45490sps)分谐波重新取样以产生100Hz正弦波。 图2示出DA C的重新取样输出。图3是在LTC1417输出执行FFT的结果。 D A C输出不仅仅是4551(Hz差频。DAC如同一个混频器，除基频(4551(Hz)外产生10M H z变换时钟和4551tHz信号的和频和差频。 较低不希望的频率9545MHz(10MHz一4551tHz)是4551tHz的近20倍或比载波高44倍频程。未滤波的信号电平比载波低25dB左右。因此，需要一个低通或带通滤波器。2阶LPF(在变换区12dB倍频程衰减)将降低这些不希望分量，其大小比载波、其他谐波和噪声分量低约77dB。假若信号是单音，则用一个低通滤波器就足够了。这些技术也可用于评价信号发