提高Pipeline-ADC分辨率与SFDR性能的内部Dither技术研究

【摘要】：软件无线电系统是未来无线电发展的主要趋势,需要对射频信号直接进行采样,而流水线ADC因为其高速高精度特性,广泛应用于软件无线电系统中。但由于电路中各种非理想因素的影响,流水线ADC动态性能的提高受到了极大的限制,而流水线ADC SFDR性能的恶化,将会导致使用流水线ADC的无线电系统出现较大的邻道干扰,因此提高流水线ADC的SFDR性能将显得尤为重要,Dither技术则是一种提高ADC SFDR的有效手段,ADC中因相干采样和非线性产生的量化杂散波成分都会在使用Dither后得到抑制。另外ADC的分辨率一直是衡量ADC性能好坏的最直接因素,Dither技术还可以与统计平均技术相结合用于改善ADC的实际分辨率。 本文首先介绍了Dither技术提高ADC分辨率的基本原理与详细方法,并提出了一种用于提高ADC分辨率的特殊Dither信号,这种信号的使用可以使统计平均的次数降低到最小,并结合仿真给出了ADC实际分辨率的改善情况。接着本文分析了流水线ADC中影响SFDR性能的主要因素Dither技术改善ADC SFDR原理的理论形式与数学推导；在Simulink中搭建了12bit流水线ADC行为级误差仿真模型以及流水线ADC内部Dither的仿真系统,仿真分析了两种内部Dither结构下流水线ADC无杂散动态范围的改善情况。 ADC中引入Dither后,输入动态范围会减小,针对这种情况本文给出了两种解决方法,并仿真验证了其正确性。 本文研究的Dither技术能够有效提高ADC的分辨率与SFDR,但对ADC分辨率的提高是ADC速度与精度的折衷。流水线ADC内部加入的Dither信号可以方便的加入与去除掉,不会带来太多的额外噪声,在ADC信号噪声失真比下降不超过1dB的情况下,可使ADC的SFDR提高10dB以上。