通信SoC中模拟前端性能的快速评估方法
确定PLL时钟抖动的贡献
现在我们来看一下PLL时钟抖动造成的采样时间不确定性如何也会影响数据转换器SNR性能。
时钟抖动对SNR的贡献用以下公式估算:
![](http://m.amcfsurvey.com/uphotos/fetch/20180719/385961_2_0.jpg)
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![](http://m.amcfsurvey.com/uphotos/fetch/20180719/385961_2_1.jpg)
其中BW是信号带宽(单位Hz) [3]。
如果存在强带外干扰,采样时钟相位噪声还会影响系统性能。图7中,调制到带外干扰中的相位噪声进入关注信号带内部,因此无法被过滤,即使带外干扰本身已在数字域中被过滤掉。
![](http://m.amcfsurvey.com/uphotos/fetch/20180719/385961_2_2.jpg)
强带外干扰,如果没有衰减的话,可能产生严重的系统性能影响,因为:
为避免ADC输入饱和而对该信号强加巨大的回退衰减
为避免SNR下降而强加额外的时钟抖动约束
![](http://m.amcfsurvey.com/uphotos/fetch/20180719/385961_2_3.jpg)
其他错误来源
现代解调架构一般实现直接的解调方案。在这些架构中,I、Q通道之间的任何增益、相位或偏移失配都会影响总SNR下降。内置校准算法通常可以把这些影响降低到可管理的水平。出于SNR预算考虑,我们增加~1到2 dBSNR裕量,以考虑SNR上校准失配的残留影响。
计算AFE性能贡献
以下步骤和公式汇总了确定AFE对系统级SNR总贡献的程序。
![](http://m.amcfsurvey.com/uphotos/fetch/20180719/385961_2_4.jpg)
高性能AFE是其EVM仅对总收发器性能具有边缘影响的AFE。0.5到0.7 dB的影响通常是可接受的。
对WiFi 802.11ac收发器上的AFE运用这种方法
为了应用这些计算,考虑一个信号使用160 MHz BW进行OFDM调制且每个副载波使用QAM256调制方案调制的传 输系统(与WiFi 802.11ac收发器相似)。此外,考虑零中频解调方案的实现。
这种情况下,在I和Q ADC输入上得到的基带正交调制信号分别有80 MHz的信道带宽。
进一步假设AFE的以下特性:
ADC SNR = 62 dB (SNRnyq)
ADC采样率 = 160 MSPS (Fs)
时钟长期抖动 = 8 ps-rms (σLTJ)
OFDM信号峰均比 = 12 dB (PAR)
信号回退 = 10 dB (IBO)
ADC信号BW = 80 MHz (BW)
那么,该AFE的总SNR为:
SNRJ = 52.7 dB
SNRADC = 43.0 dB
SNRtotal = 42.6 dB
此例中,解调QAM256信号的EVM要求在-33.8 dB的数量级上(需要的SNR为33.8 dB)。与需要的SNR之间存在~8.8 dB的裕量,导致总系统性能的可接受下降只有0.6 dB。
类似的SNRtotal可以用具有以下特性的AFE达到:
ADC SNR = 66 dB (SNRnyq)
时钟长期抖动 = 20 ps-rms (σLTJ)
因此,可以用ADC性能抵消时钟抖动来实现相同的目标。
结论
使用本白皮书中描述的方法,系统设计师可以快速判断任何指定AFE是否满足其目标应用的需要,包括无线或有线连 接环境中的宽带信号收发器、蜂窝通讯和数字电视及无线电广播。使用这种方法,系统设计师可以快速评估系统中 AFE性能的影响并搞清楚它是否符合其SoC要求,从而避免过高的规格和功耗。此外,设计师还能快速评估不同替代 方案和配置的折衷,从而找到适合SoC的最优性能、功耗、面积和成本。
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