Выбор АЦП для цифрового радиоприемника

Сегодня цифровые технологии получили очень широкое распространение, они применяются в таких областях, как средства связи и телекоммуникаций, различные радиотехнические системы и измерительная техника. Применение цифровых технологий обеспечивает доступ к большому объему информации, т. к. способ передачи данных с их помощью более простой и быстрый. Информационные и коммуникационные возможности становятся повсеместными.

Вследствие того, что аналоговые радиосистемы совершенствуются со времен изобретения радио, сейчас они достигли определенных максимумов в инновационной сфере. Однако с появлением цифровых платформ, наступила новая эра в радиотехнологиях.

В цифровых радиоприемниках по сравнению с аналоговыми более точная настройка частоты, что позволяет снизить уровень помех, и тем самым улучшить качество приема.

Реализация цифрового радиоприемника может быть осуществлена в соответствии со структурной схемой, представленной на рисунке 1.

Рис/ 1. Структурная схема цифрового радиоприемника

Основой радиоприемника может стать ПЛИС Cyclone IV производства компании Altera, установленная на отладочной плате Terasic DE2–115. На ПЛИС будет происходить фильтрация, выполненная математическим путем, перенос спектра, детектирование. Далее сигнал передается на ЦАП и соответственно на звуковоспроизводящее устройство. Также на ПЛИС будет реализовано управление, что позволит задать частоту.

Так как сигнал с антенны поступает в аналоговом виде, то используется АЦП, для его преобразования в цифровой формат [1].

Как и любое другое электронное средство, АЦП обладает некоторыми характеристиками. Одной из таких является количество разрядов (разрядность), характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе. Для цифрового радиоприемника достаточно 12 бит, что позволит выдать 4096 дискретных значений.

Частота дискретизации (быстродействие) определяет, сколько выборок в секунду будет производиться при оцифровке. Чем выше частота дискретизации, тем лучше затем удастся на основании цифровой формы звука восстановить аналоговый сигнал. Возьмем это значение в пределах 40–65MSPS.

Отношение СИГНАЛ/ШУМ:

,

где - среднеквадратичное значение амплитуды. Чем больше это отношение, тем меньше шум влияет на характеристики системы. Для идеального АЦП разрядностью 12 бит отношение СИГНАЛ/ШУМ составляет 74 дБ [2].

Итак, для создания цифрового радиоприемника были выбраны следующие характеристики АЦП: разрядность 12 бит, быстродействие 40–65MSPS, и отношение СИГНАЛ/ШУМ, максимально приближенное к 74 дБ.

Ведущими производителями АЦП являются компании: Texas Instrument, Linear Technology, Analog Devices, Maxim Integrated Products.

По выбранным критериям были отобраны АЦП, а также определена их стоимость (наличие) на российском рынке:

Таблица 1

АЦП различных производителей и их стоимость на российском рынке

По соотношению параметры/цена, было выбрано АЦП ADC12040 [3], типовая схема включения которого представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Типовая схема включения ADC12040

ADC12040 — монолитный КМОП, преобразующий аналоговые входные сигналы в 12-битный цифровой код со скоростью 40 миллионов выборок в секунду (40 MSPS) [4]. Этот преобразователь использует дифференцирование, конвейерную архитектуру с цифровой коррекцией ошибок и схему выборки и хранения на чипе, чтобы минимизировать размер кристалла и энергопотребление, обеспечив тем самым динамические характеристики (Рис.3). Устройство работает от 5V, и потребляет всего 340 мВт при 40 MSPS. Микросхема доступна в 32-выводном LQFP корпусе и работает в диапазоне температур от -40 ° C до + 85 °.

Рис. 3. Передаточная характеристика

Дифференциальные входы обеспечивают равный симметричный размах от  до . Для оптимальной производительности рекомендуется использовать дифференциальный режим.

Сигнал CLK используется для тактирования внутренней цифровой схемы ADC12040. Если частота CLK слишком низкая, заряд внутренних конденсаторов рассеивается, и выходные данные ухудшаются. Это ограничивает минимальный уровень дискретизации до 100 kSPS.

ADC12040 преобразует сигналы постоянно, однако когда на вход  подается «логическая единица», выходные контакты переводятся в высокоимпедансное состояние и чтение информации невозможно. При подаче «логического ноля» выходы находятся в активном состоянии.

Когда на вход PD подается «логическая единица» ADC12040 переходит в режим отключения, потребляемая мощность при этом составляет 70 мВт и выходные контакты не определены.

Литература:

1.      Токхейм, Р. Основы цифровой электроники: Пер. с англ. / Р. Токхейм — М.: Мир, 1998. — 392 с.

2.      Walden, R. H. Analog-to-Digital Converter Survey and Analysis / R. H. Walden // IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS. — 1999. — № 7. — C. 539–550.

3.      Чип и Дип [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.chipdip.ru/product1/8656611608 — (25.03.15).

4.      Texas Instruments [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.ti.com/product/adc12040 — (25.03.15).