避免交织图像和畸变产物的数据转换器系统技术方案

本发明专利技术涉及避免交织图像和畸变产物的数据转换器系统。数据转换器系统通过将输入信号限制于指定频率带并且进行过采样使得经转换的输入信号“跨越”或“避免”杂散单频来提供具有减少的杂散单频的输出信号。所述杂散单频可以进而被过滤掉，从而与常规的数据转换器相比提供具有干净得多的无杂散动态范围的输出信号。例如，在一个实施例中，交织的数据转换器系统将被限制于交织的数据转换器中的一个的第二奈奎斯特区间的输入信号转换为交织的信号，并且进而用具有传输经转换的输入频率的通带和使杂散单频衰减的阻带的滤波器对交织的信号进行滤波。结果得到的输出信号具有与使用单一数据转换器可获得的同样的带宽，但是不受交织图像或某些畸变产物损害。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据转换器，并且更具体地涉及避免交织图像(interleave image)和畸变产物(distortion product)的数据转换器系统。
技术介绍
诸如模拟到数字转换器(ADC)、数字到模拟转换器(DAC)和追踪保持器(track-and-hold) (T/Η)的数据转换器可以两种方式被使用。第一种方式是作为“基带数据转换器”，其中数据转换器以输入信号中所包含的最高频率的至少两倍那么高的采样率(“Fs”)进行采样。为了防止混叠，输入频率必须被局限于跨度为DC到Fs/2的频率范围，或者换句话说，输入频率必须被“限制”于第一“奈奎斯特区间(Nyquist zone)”，其中第一奈奎斯特区间是跨度为DC到Fs/2的频率范围，第二奈奎斯特区间是跨度为Fs/2到Fs的频率范围，第三奈奎斯特区间是跨度为Fs到3Fs/2的频率范围，诸如此类。数据转换器可以 被使用的第二种方式是作为“带通数据转换器”，其中输入频率被限制于较高的奈奎斯特区间中的一个。虽然输入频率在技术上是混叠的，但是只要数据转换器具有足够的模拟带宽，则带通数据转换器就可以从任何奈奎斯特区间提供高的保真度，并且如果必需防止其他奈奎斯特区间中的信号混叠进所关心的奈奎斯特区间并且破坏输入信号，那么用抗混叠滤波器来保护该数据转换器。以下论述有关带通数据转换器。无杂散动态范围(SFDR)被定义为数据转换器输入处的最大信号分量的均方根(RMS)值与其输出处的最大杂散分量的RMS值的比。SFDR对于诸如频谱分析仪、示波器和网络分析仪的使用T/Η和ADC来数字化模拟信号的测试和测量仪器以及对于诸如矢量信号发生器和任意波形发生器的使用DAC来产生模拟信号的测试和测量仪器都是非常重要的规格。数据转换器可通过引入各种类型的杂散单频(spurious tone)来损害SFDR。首先，数据转换器可引入与系统时钟、数据图案或系统中所使用的其他信号相关的残余单频。第二，两个或更多数据转换器可以被交织来提供具有更高的有效采样率(Fs’ )的单一数据转换器的等价物，然而交织的数据转换器还产生由单独的数据转换器之间的不匹配所引起的、被称为“交织图像”的不希望有的频谱分量。第三，数据转换器可引入谐波和互调畸变产物。有很多将这些杂散单频减少到可接受水平的技术。在一些应用中这些技术是可接受的，然而在其他应用中它们是非常昂贵的或消耗大量资源。所希望的是具有减少的杂散单频的数据转换器。
技术实现思路
因此，本专利技术的实施例提供数据转换器系统，该数据转换器系统将输入信号限制于指定频率带并且进行过采样使得经转换的输入信号“跨越(straddle) ”或“避免”杂散单频。杂散单频可以进而被过滤掉，从而与常规的数据转换器相比提供具有干净得多的SFDR的输出信号。例如，在一个实施例中，交织的数据转换器系统将被限制于交织的数据转换器中的一个的第二奈奎斯特区间的输入信号转换为交织的信号，并且进而用具有传输经转换的输入频率的通带和使杂散单频衰减的阻带的滤波器对交织的信号进行滤波。结果得到的输出信号具有与使用单一数据转换器可获得的相同的带宽，但是不受交织图像或某些畸变产物损害。当结合所附权利要求和附图阅读以下详细说明时，本专利技术的目的、优势及其他新特征从这些详细说明中是显而易见的。附图说明图I描绘了按照本专利技术的实施例的、四路交织的模拟到数字转换器系统的高级框图。图2示意了交织图像和畸变产物在使用图I的四路交织的模拟到数字转换器系统所产生的交织的数字信号的频谱中的位置。 图3描绘了按照本专利技术的实施例的、四路交织的数字到模拟转换器系统的高级框图。图4描绘了按照本专利技术的实施例的、四路交织的追踪保持器系统的高级框图。图5描绘了按照本专利技术的实施例的、非交织的模拟到数字转换器系统的高级框图。具体实施例方式如上面所提及的那样，两个或更多数据转换器可以被交织来提供具有较高的有效采样率的单一数据转换器的等价物，然而交织的数据转换器还产生由单独的数据转换器之间的不匹配所引起的交织图像。现在，更详细地，单一数据转换器中的DC偏置错误导致了位于DC上的错误项。在交织的系统中，交织的数据转换器之间的DC偏置不匹配导致了位于单一数据转换器的基采样率以及那个频率的倍频上的交织图像。因此，在本专利技术的一个实施例中，通过限制输入信号使得它不落在DC、交织的系统中所使用的数据转换器中的一个的基采样率或那个频率的倍频上，使得经转换的输入频率“跨越”或“避免”杂散单频，交织的数据转换器系统避免了由DC偏置不匹配所引起的交织图像。杂散单频可以进而被过滤掉，从而与常规的数据转换器相比提供具有干净得多的SFDR的输出信号。交织的数据转换器之间的输入增益和相位不匹配以及采样时钟定时不匹配产生了位于其他奈奎斯特区间中的单频(tone)。如果数据转换器完美地匹配，那么这些单频具有相等的振幅但是相对于彼此是异相的，并且因此完全抵消。然而，如果匹配不完美，那么所述单频将不会完全抵消，从而留下残余的交织图像。因此，在本专利技术的另一个实施例中，通过将输入信号限制于交织的系统中所使用的单一数据转换器的奈奎斯特区间，使得经转换的输入频率“跨越”或“避免”杂散单频，交织的数据转换器系统避免了由输入增益和相位不匹配以及采样时钟定时不匹配所引起的交织图像。杂散单频可以进而被过滤掉，从而与常规的数据转换器相比提供具有干净得多的SFDR的输出信号。谐波畸变产物位于输入频率的倍频上。例如，IOMHz信号的二次和三次谐波产物分别落在20MHz和30MHz上。为了确定数据转换器如何可以避免谐波畸变产物，考虑以下内容如果输入信号被限制于数据转换器的第一奈奎斯特区间，那么二次谐波畸变产物一般将落在那同一频带内。例如，假设数据转换器以每秒100兆个样点(MSa/s)进行采样，使得第一奈奎斯特区间是跨度为DC到50MHz的频率范围。如果该数据转换器对IOMHz输入信号进行采样，那么二次谐波畸变产物将落在20MHz上，其仍然在第一奈奎斯特区间中。然而，如果输入信号被限制于第二奈奎斯特区间，那么二次谐波畸变产物将落在第三奈奎斯特区间中。例如，如果那同一数据转换器对60MHz输入信号进行采样，那么二次谐波畸变产物将落在120MHz上，其为第三奈奎斯特区间。因此，数据转换器只在第二奈奎斯特区间中操作是有利的。数学上，这可以通过处于包含输入信号的频带的低端的频率(“F1”)必须大于或等于处于该频带的高端的频率(“Fh”)的一半的要求来表达Fl > Fh/2(方程 I)第二个要求是二次谐波畸变产物不应该马上又混叠回到包含输入信号的频带中。混叠对于Fs-Fh到Fs-Fl的范围发生。为了将二次谐波畸变保持在这个频带之外需要 2 X Fh 彡 Fs-Fh(方程 2)将Fh加入方程2的两边并且进而将两边都除以3得到Fh ( Fs/3(方程 3)将方程3代入方程I中得到Fl > (Fs/3) /2 > Fs/6(方程 4)因此，在本专利技术的另一个实施例中，通过将输入信号限制于Fs/6与Fs/3之间的频率，即宽度为Fs/6或Fs的16. 66%的频率带，数据转换器可以避免二次谐波畸变产物。数据转换器可以是单一数据转换器或多个交织的数据转换器(在该情况下，Fs变为Fs’，即交织的系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种避免杂散单频的数据转换器系统，其包括：用于将输入信号转换为经转换的信号的数据转换器，所述输入信号被限制于指定频率带；以及用于对所述经转换的信号进行滤波以产生输出信号的滤波器，所述滤波器具有传输经转换的输入频率的通带和使杂散单频衰减的阻带。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：R·D·舍帕德，
申请(专利权)人：特克特朗尼克公司，
类型：发明
国别省市：