1. 引言
DAC34H84 是一款由德州仪器(TI)推出的四通道、16 比特、采样 1.25GSPS、功耗1.4W高性能的数模转换器。支持625MSPS 的数据率,可用于宽带与多通道系统的基站收发信机。2. 二次谐波的产生
在理想状态下,DAC 的输出状态发生变化时,它应该从当前值直接跳变到期望的新值。但是实际上当DAC 输出状态改变时,如下图所示,是可能会引起过冲与下冲现象的。图1 DAC 输出状态切换
图2 Three bit binary DAC
图 3 脉冲对正弦信号的影响
DAC 的 2 次冲击响应模型如下:
h(t) =A + B*x(t) + C*x2(t)
假设通过 DAC I+路的信号为 x(t)=k*cos(ωt)
那么 h(t) = A + Bk*cos(ωt) + Ck*cos2(ωt)
= A + Bk*cos(ωt) + Ck* [cos(2ωt)+1]/2
= A + 0.5*Ck + Bk*cos(ωt) + 0.5*Ck* cos(2ωt)
2 次谐波可以表示为0.5*Ck* cos(2ωt)
2 次谐波的回波为 Dk*cos(2ωt+φ)
= Dk*[cos(2ωt)cosφ - sin(2ωt)sinφ]
总 2 次谐波表达式为 k(0.5*C+D*cosφ) cos(2ωt) - Dk*sin(2ωt)sinφ
多通道 DAC 的所有通道的 C、k 与ω是相同的,不相同的是由PCB布局阻抗不连续与互感效应引起的回波幅值D 与回波相位φ。它们带来了HD2 性能的差异性。
3. DAC34H84 模拟输出接口PCB 布局建议
适合 DAC34H84 的 IQ 调制器为 TRF3705,它具有高线性性能,其OIP3 性能高达 30dBm。为了充分发挥 DAC34H84 的线性性能,提供更好的 HD2 性能与 HD2 一致性。建议的DAC34H84+TRF3705系统 PCB 布局如下:
图 4 DAC34H84+TRF3705推荐 PCB布局
(1) 图中红色圈内为 DAC34H84 模拟输出端电阻,将它们放置得离 DAC34H84 的模拟输出 pin脚尽可能的近。
(2) 图中四个蓝色圈内为 IQ 调制器 TRF3705 的信号输入端电阻,将它们放置得离 TRF3705 输入pin脚尽可能的近。
这么做的原因是为了保持阻抗的连续性。果当DAC 模拟输出端与 IQ 调制器信号输入端的 50Ω电阻离端口距离3 英寸(360ps)时仿真结如下:
当 DAC 模拟输出端与IQ 调制器信号输入端的 50Ω电阻紧贴端口时,其仿真结果如下:
通过以上仿真对比可以得出,将端口电阻放置到离端口越近的位置,阻抗就越均衡,信号质量也就越高(以上信号质量仿真引用于”DAC3484 TRF3705 interface termination,Hsia Kang”)。
(3) 除 DAC34H84 模拟输出走等长差分线以外,图中绿线所指的 DAC34H84 的两对 I 路与 Q 路也需要走等长线,并且在绕线时尽可能的不要一直连续使用 U 字型绕线,以此来保证 I路与 Q 路的相位平衡并减少不必要的互感效应。
(4) DAC34H84 与 TRF3705 之间的走线尽可能的不要经过过孔,各个模拟通道保持在 PCB 的同一层,以避免过孔引入的寄生电容。
(5) 图中 1:1 作为传输线使用的巴伦理论上可以提升 PCB 走线的阻抗连续性,从而提供更优的谐波性能。如果严格按照建议(1)、(2)、(3)、(4)进行了 PCB 布局,此巴伦的效果在中频低于200MHz 时就不明显了,如果空间不够可以移除。
以上措施会提供更好的IQ 平衡与阻抗连续性,减小 PCB 走线寄生电容、幅度与相位误差以及耦合与互感效应,从而提高DAC34H84+TRF3705 输出系统的线性。
通过大量对比测试表明,严格按照上述建议进行PCB 布局的 DAC34H84+TRF3705 评估板的HD2 性能会比未严格按照上述建议进行PCB 布局的评估板的 HD2 性能优化 3 至 6dB。HD3、HD5、HD7 也有着不同程度的优化。
4. 结论
通过合理的PCB布局,能够充分发挥 DAC34H84+TRF3705 系统的线性性能。其二次谐波性能会优化至少3dB,使其在超宽带平台化系统与要求最为严格的多载波 GSM 系统中更加具有优势。
5. 参考文献
DAC34H84 datasheet,2011 年 9 月修订版,Texas Instruments Inc。
TSW30H84EVM PCB layout,2011 年 9 月,Texas Instruments Inc。
DAC3484 TRF3705 interface termination,2011年 6月,Hsia Kang,Texas Instruments Inc。
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