ADS58H40 是德州儀器（Texas Instruments）新推出的低功耗，高密度，高采樣率，高性 能的模數轉換芯片，這款芯片目前已經廣泛的應用在通信行業。本文以時分通信系統為 例，詳細介紹了 ADS58H40 在 F 頻段和 A 頻段中的應用，通過合理的設置中頻，利用頻譜 搬移原理，在采用較低采樣率時，使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收，為 研發工程師提供一個低成本，高性能的方案。

 

目錄

1 ADS58H40 簡介

2 時分通信系統的 F+A 頻段 RRU 通信系統

 2.1 TD-LTE 系統頻點

 2.2 時分系統 F+A 頻段的設備實現 

3 ADS58H40 在時分通信系統中 F+A 頻段的應用

3.1 低本振時，F+A 頻段的實現

3.2 中間本振時，F+A 頻段的實現 

4 ADS58H40 測試結果

5 總結

6 參考文獻

圖表

圖 1. 14Bit Burst 模式下 ADS58H40 輸出頻譜圖 2

圖 2. SNRBoost 功能打開 ADS58H40 輸出頻譜圖 3

圖 3. 雙本振時，F 頻段 A 頻段頻譜示意圖 4

圖 4. 雙本振時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖 4

圖 5. 低本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖 5

圖 6. 低本振時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖 6

圖 7. 中間本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖 6

圖 8. 本振 1980MH 時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖 7

圖 9. Fin 為 30MHz 時，ADS58H40 輸出頻譜圖 8

圖 10. Fin 為 100MHz 時，ADS58H40 輸出頻譜圖 9

 

1 ADS58H40 簡介

 

ADS58H40 是德州儀器（Texas Instruments）推出的采樣頻率高達 250MSPS 的高線性，4 通道

11 位模數轉換器（ADC）。ADS58H40 采用 SNRBoost3G+技術，在 170MHz 中頻時 SFDR 為

85dBc，SNR 為 71dBFS（90MHz 信號帶寬），可為滿足那些要求高信號帶寬的多載波與多模式 通信系統（如 TD-LTE、CDMA、WCDMA、TD-SCDMA 以及 WiMAX 等）的 SFDR 和 SNR 的要 求，滿足系統指標需求。同時它還有可用于支持反饋通道 125MH 帶寬信號的 14bit Burst 模式。

 

ADS58H40 的關鍵特性和優勢

 可編程 SNRBoost3G+技術可實現 90MHz 帶寬下高達 71dBFS 的 SNR 性能，從而滿足客戶

3G 與 4G 接收機規范的要求；

 低功耗：在 250MSPS 下單位通道功耗為 365mW，可幫助制造商成功設計低功耗高密度四 通道接收機與數字預失真(DPD)反饋環路；

 三種輸出模式靈活選取。輸出可選 11bit 輸出，11bit SNRBoost3G+模式輸出和 14bit Burst 模 式輸出，可同時用于接收和 DPD 反饋鏈路；

 包括 DAC3484、LMH6522/1、TRF3705、LMH0480x、GC5330 以及 TMS320C6748 在內的

完整信號鏈可加速產品的上市進程。

 

 

作為完整信號鏈的一部分，ADS58H40 四通道 ADC 可以無縫連接 TI 的 DVGA(如 LMH6522/1)以 及功放預失真（DPD）芯片 GC5330，GC5337 等，同時 TI 提供完整的時鐘分配 LMK0480X 的 解決方案。

ADS58H40 是 4 通道的產品。它采用 TI 的專利 SNRBoost3G+技術，把信噪比提升，達到 14bit ADC 的信噪比，可以用在通信系統的接收通道，同時也支持 14bit Burst 模式，使其成為一個 14bit 250MHz 的 ADC，用在通信系統的 DPD 反饋接收通道中。

 

 

圖 1. 14Bit Burst 模式下 ADS58H40 輸出頻譜圖

 

 

圖 2. SNRBoost 功能打開 ADS58H40 輸出頻譜圖

2 時分通信系統的 F+A 頻段 RRU 通信系統

 

2.1 TD-LTE 系統頻點

 

TD LTE 是中國具有自主知識產權的新一代移動通信技術。它吸納了 TD-SCDMA 的主要技術元 素，體現了我國通信產業在寬帶無線移動通信領域的較新自主創新成果。2004 年，中國在標準 化組織 3GPP 提出了第三代移動通信 TD-SCDMA 的后續演進技術 TD-LTE，并主導完成了相關 的技術標準。

 

工業和信息化部發布的《工業和信息化部關于國際移動通信系統（IMT）頻率規劃事宜的通 知》中正式明確了 TD 系統的頻率分配。

 

F 頻段（1880MHz～1920MHz）：共計 40MHz A 頻段（2010MHz～2025MHz）：共計 15MHz E 頻段（2320MHz～2370MHz）：共計 50MHz D 頻段（2500MHz～2690MHz）：共計 190MHz

 

2.2 時分系統 F+A 頻段的設備實現

 

在頻域，采樣過程實際就是原模擬信號在頻譜的重復。當信號頻帶不變而采樣速率降低時，重復 頻譜間的距離越來越近，采樣速率降到一定時，頻譜開始出現混疊，這時信號將失真。這就是奈 奎斯特采樣定理要求如果要從相等時間間隔的采樣點中，無失真地重建模擬信號波形，則采樣頻 率必須大于或等于模擬信號中較高頻率成份的兩倍。但當對帶通信號進行采樣時，可采用欠采樣 技術，即采樣速率可以小于信號較高頻率的兩倍。欠采樣技術又稱諧波采樣或帶通采樣技術。但 是即使是帶通采樣，也必須大于帶通信號帶寬的 2 倍。

 

對于 TD 系統的 F 頻段和 A 頻段。如果要采用一個通道的 ADC 進行采樣，采樣率至少要大于 2 倍 的 F+A 頻帶帶寬（F+A 頻帶帶寬：2025-1880=145MH）。出于抗混疊濾波的考慮，預留 40M 的過 渡帶，那么采樣率需要增加到 330M。對 ADC 的采樣率提出了很高的要求。滿足系統要求的 ADC 功耗，價格都很高，在實際系統中很難得到大規模的應用。

 

目前的常規實現方法是把 F 頻段和 A 頻段獨立接收，系統為每個頻段安排一個合適的本振，將信 號變到對應的中頻，然后把 F 頻段和 A 頻段用不同的 ADC 進行采樣，然后進行基帶處理。這樣 的缺點就是至少需要一個雙通道的 ADC 才能完成一個 F 頻段和 A 頻段的信號處理。以 ADC 采樣 率 122.88MH 為例，如中心頻點在 92.16M，通過 Mixer 分別變頻，ADC 分別采樣，可得下圖。

 

圖 3.      雙本振時，F 頻段 A 頻段頻譜示意圖

 

 

 

 

圖 4. 雙本振時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖

 

3 ADS58H40 在時分通信系統中 F+A 頻段的應用

根據離散傅立葉變換公式可知，時域的采樣等于頻域的周期延拓，這些延拓后的頻譜較終都會被 折返到第一奈奎斯特域中。信號的幅度相等，相位會隨著奈奎斯特域的不同而不同。

 

3.1 低本振時，F+A 頻段的實現

 

通過對 F 頻段和 A 頻段的信號進行分析，發現盡管信號總帶寬很寬，但信號本身是不連續的，F 頻段帶寬是 35MHz 在（5MHz 的保護帶寬），A 頻段帶寬是 15MHz，他們之間有 95MHz 的固定 間隔。利用帶通采樣定理和傅立葉變換，通過合理安排中頻頻點和采樣頻率，利用采樣后頻譜周 期延拓，在低采樣率的條件下可實現 F，A 頻段同時接收而不引起混疊。這樣就可以使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收，比常規的方法減少了一倍的接收通道，使成本大大的 降低。

 

假設 ADC 采樣率為 250MHz。如采用低本振的方式，可以將 F 頻段信號放在奈奎斯特域 1 區，將 A 頻段放在奈奎斯特域 2 區，原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區的信號和 A 頻段在奈奎斯特 1 區的延 拓信號頻譜不能混疊。

 

圖 5. 低本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖

 

		1915	65	65
		2010	160	90
		2025	175	75
	1848	1880	32	32
		1915	67	67
		2010	162	88
		2025	177	73

 

從表格中可以看出本振的可以選擇范圍還是比較大的。A 頻段和 F 頻段在奈奎斯特 1 區的相對位 置如下圖所示：

 

 

  

 

圖 6. 低本振時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖

此種方式可以實現在 250MHz 的采樣率條件下，實現 F，A 兩個頻段的同時采樣，但是因為中頻 帶寬太寬，相對采樣率太低。抗混疊濾波器的帶寬很寬，增加了成本和降低了帶外抑制，制約了 前級抗抗混的濾波器的實現，也降低了系統的阻塞特性。對于系統的實現來說，有很大的困難。

 

3.2 中間本振時，F+A 頻段的實現

 

如果考慮將本振放在 F 頻段和 A 頻段之間，對 F 頻段使用高本振，對 A 頻段使用低本振，將 F 頻 段信號放在奈奎斯特負區，A 頻段信號放在奈奎斯特 1 區，原則是 F 頻段在奈奎斯特 1 區的延拓 信號和 A 頻段在奈奎斯特 1 區的信號頻譜不能混疊。

圖 7. 中間本振時 F 頻段 A 頻段頻譜示意圖

采樣率 （MHz）	LO（MHz）	射頻頻點 （MHz）	中頻（MHz）	對應到奈奎斯特 1 區頻點（MHz）
250	2000	1880	-120	120
		1915	-85	85
		2010	10	10
		2025	25	25
	1990	1880	-110	110
		1915	-75	75
		2010	20	20
		2025	35	35
	1980	1880	-100	100
		1915	-65	65
		2010	30	30
		2025	45	45
	1970	1880	-90	90
		1915	-55	55
		2010	40	40
		2025	55	55

 

圖 8. 本振 1980MH 時，F 頻段 A 頻段對應中頻頻譜示意圖

經過分析可知：此種方法在 250MHz 的采樣率，可以實現 F，A 兩個頻段的同時采樣，對于抗混 疊濾波器，通帶設置在奈奎斯特 1 區就可以了，大大降低了實現難度，同時提升了對其他奈奎斯 特區的抑制。

 

4 ADS58H40 測試結果

下面給出了 ADS58H40 在不同頻點下的測試結果，可以看出 ADS58H40 可以提供 90M 的信號帶 寬，而且在帶寬內的性能指標完全可以滿足系統的要求。

 

FS（MHz）	Fin(MHz)	Ain(dBFS)	SNR(dBFS) in 90MHz Band	SFDR(dBFS) in90MHz Band
245.76	30.1	-1	71.2	81
245.76	40.1	-1	70.8	111
245.76	50.1	-1	70.6	85
245.76	80.1	-1	70.9	91
245.76	100.1	-1	70.4	89

 

 

 

圖 9. Fin 為 30MHz 時，ADS58H40 輸出頻譜圖

 

 

圖 10. Fin 為 100MHz 時，ADS58H40 輸出頻譜圖

5 總結

 

ADS58H40 是德州儀器（Texas Instruments）新推出的低功耗，高密度，高采樣率，高性 能的模數轉換芯片，這款芯片目前已經廣泛的應用在通信行業。本文以 TD 系統為例，詳細 介紹了 ADS58H40 在 F+A 頻段中的應用，通過合理的設置中頻，利用傅立葉變換帶來的頻 譜搬移，在采用較低采樣率時，使用一個 ADC 通道同時完成 F 頻段和 A 頻段的接收，為研 發工程師提供一個低成本，高性能的方案。

 

6 參考文獻

 

1. ADS58H40 Datasheet

2. SNRBoost ADC（ZHCA123），冷愛國， http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=zhca123&fileType=pdf

3.  超  寬  帶  系  統  中   ADC     前  端  匹  配  網  絡  設  計  ，  Lu     Wenjing

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca489/zhca489.pdf

4.  直 流 偏 移 校 正 功 能 與  ADS58H40    PCB    布 局 優 化 ， Tu    lance

http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca564/zhca564.pdf

 

重要聲明

 

德州儀器(TI) 及其下屬子公司有權根據 JESD46 較新標準, 對所提供的產品和服務進行更正、修改、增強、改進或其它更改， 并有權根據 JESD48 較新標準中止提供任何產品和服務。客戶在下訂單前應獲取較新的相關信息, 并驗證這些信息是否完整且是較新的。所有產品的銷售 都遵循在訂單確認時所提供的TI 銷售條款與條件。

 

TI 保證其所銷售的組件的性能符合產品銷售時 TI 半導體產品銷售條件與條款的適用規范。僅在 TI 保證的范圍內，且 TI 認為 有必要時才會使 用測試或其它質量控制技術。除非適用法律做出了硬性規定，否則沒有必要對每種組件的所有參數進行測試。

 

TI 對應用幫助或客戶產品設計不承擔任何義務。客戶應對其使用 TI 組件的產品和應用自行負責。為盡量減小與客戶產品和應 用相關的風險， 客戶應提供充分的設計與操作安全措施。

 

TI 不對任何 TI 專利權、版權、屏蔽作品權或其它與使用了 TI 組件或服務的組合設備、機器或流程相關的 TI 知識產權中授予 的直接或隱含權 限作出任何保證或解釋。TI 所發布的與第三方產品或服務有關的信息，不能構成從 TI 獲得使用這些產品或服 務的許可、授權、或認可。使用 此類信息可能需要獲得第三方的專利權或其它知識產權方面的許可，或是 TI 的專利權或其它 知識產權方面的許可。

 

對于 TI 的產品手冊或數據表中 TI 信息的重要部分，僅在沒有對內容進行任何篡改且帶有相關授權、條件、限制和聲明的情況 下才允許進行 復制。TI 對此類篡改過的文件不承擔任何責任或義務。復制第三方的信息可能需要服從額外的限制條件。

 

在轉售 TI 組件或服務時，如果對該組件或服務參數的陳述與 TI 標明的參數相比存在差異或虛假成分，則會失去相關 TI 組件 或服務的所有明 示或暗示授權，且這是不正當的、欺詐性商業行為。TI 對任何此類虛假陳述均不承擔任何責任或義務。

 

客戶認可并同意，盡管任何應用相關信息或支持仍可能由 TI 提供，但他們將獨力負責滿足與其產品及在其應用中使用 TI 產品 相關的所有法 律、法規和安全相關要求。客戶聲明并同意，他們具備制定與實施安全措施所需的全部專業技術和知識，可預見 故障的危險后果、監測故障 及其后果、降低有可能造成人身傷害的故障的發生機率并采取適當的補救措施。客戶將全額賠償因 在此類安全關鍵應用中使用任何 TI 組件而 對 TI 及其代理造成的任何損失。

 

在某些場合中，為了推進安全相關應用有可能對 TI 組件進行特別的促銷。TI 的目標是利用此類組件幫助客戶設計和創立其特 有的可滿足適用 的功能安全性標準和要求的終端產品解決方案。盡管如此，此類組件仍然服從這些條款。

 

TI 組件未獲得用于 FDA Class III（或類似的生命攸關醫療設備）的授權許可，除非各方授權官員已經達成了專門管控此類使 用的特別協議。 只有那些 TI 特別注明屬于軍用等級或“增強型塑料”的 TI 組件才是設計或專門用于軍事/航空應用或環境的。購買者認可并同 意，對并非指定面向軍事或航空航天用途的 TI 組件進行軍事或航空航天方面的應用，其風險由客戶單獨承擔，并且由客戶獨 力負責滿足與此類使用相關的所有法律和法規要求。

 

TI 已明確指定符合 ISO/TS16949 要求的產品，這些產品主要用于汽車。在任何情況下，因使用非指定產品而無法達到 ISO/TS16949 要 求，TI不承擔任何責任。

 

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