А.В. Королёв1, С.Г. Рыков2

1,2 АО «Всероссийский НИИ радиотехники» (Москва, Россия)

1 teleret@mail.ru; 2 brig001@mail.ru

Постановка проблемы. Применение многорежимных радиочастотных цифро-аналоговых преобразователей (МЦАП,) позволяет упростить архитектуру радиопередающих устройств. Благодаря тому, что в МЦАП увеличено число токовых ключей, работающих поочередно, имеется возможность минимизировать нелинейность ЦАП. Искажения сигналов, создаваемые МЦАП, тщательно исследованы, однако вносимые шумы МЦАП мало изучены, а при их анализе не учитывалась структура МЦАП. Цель. Выполнить анализ фазовых и амплитудных шумов МЦАП с учетом структуры токовых ячеек ЦАП и параметров дискретизирующих импульсов, а также получить выражения для расчета фазовых и амплитудных шумов.

Результаты. Проведен анализ фазовых и амплитудных шумов МЦАП, реализующих режимы NRZ, RZ и RF (mixed) за счет использования сдвоенных дифференциальных токовых ключей. Показано, что такие МЦАП можно рассматривать как двухканальные со сложением токов в нагрузке дифференциальных токовых ключей. Получены выражения для расчета спектральной плотности мощности фазовых и амплитудных шумов (СПМФШ и СПМАШ) МЦАП с учетом фазового сдвига между спектральными составляющими импульсов выходного колебания, формируемого МЦАП в режимах NRZ и RF. Приведены результаты моделирования СПМФШ и СПМАШ при изменении частоты выходных колебаний МЦАП для различных параметров дискретизирующего импульса.

Практическая значимость. Полученные выражения для СПМФШ и СПМАШ МЦАП позволяют производить оценку вносимых шумов и могут быть использованы при расчетах характеристик трактов формирования колебаний и сигналов. 

Королёв А.В., Рыков С.Г. Анализ фазовых и амплитудных шумов многорежимных цифро-аналоговых преобразователей в режимах RZ, NRZ и RF // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 2. С. 4138−155. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202402-17

1. Bugeja A.R. et al. A 14-b, 100-MS/s CMOS DAC designed for spectral performance. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1999.  Т. 34. № 12. С. 1719–1732.
2. Clara M. High-performance D/A-converters: Application to digital transceivers. Springer Science & Business Media. 2012. Т. 36.
3. Yun J. et al. A Return-to-zero DAC with Tri-state Switching Scheme for Multiple Nyquist Operations. JSTS: Journal of Semiconductor Technology and Science. 2017. Т. 17. № 3. С. 378–386.
4. Li X., Zhou L. A survey of high-speed high-resolution current steering DACs. Journal of Semiconductors. 2020. Т. 41. № 11.  С. 111404.
5. Choe M. J., Baek K. H., Teshome M. A 1.6 GS/s 12b return-to-zero GaAs RF DAC for multiple Nyquist operation. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2005. Т. 40. № 12. С. 2456–2468.
6. Adams R., Nguyen K.Q. A 113-dB SNR oversampling DAC with segmented noise-shaped scrambling //IEEE Journal of Solid-State Circuits. 1998. Т. 33. № 12. С. 1871–1878.
7. Chen Y.S. Multi-Mode Sub-Nyquist Rate D/A Converter for TV Band Cognitive Radio. UC Berkeley. 2012.
8. Park S. et al. A digital-to-analog converter based on differential-quad switching. IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2002. Т. 37. № 10. С. 1335–1338.
9. Жалуд В., Кулешов В.Н. Шумы в полупроводниковых устройствах / Под общ. ред. А.К. Нарышкина. Совместное советскочешское издание. М.: Сов. радио. 1977. 416 с.
10. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов: учеб. пособие. Изд. 3-е. СПб: БХВ-Петербург. 2011. 768 с.
11. High Speed DAC [Электронный ресурс]: сайт компании Analog Devices. Inc.. 2021. URL: https://www.analog.com/media/en/ technical-documentation/data-sheets/AD9164.pdf (дата обращения: 30.12.2021).
12. Новые радиочастотные ЦАП расширяют горизонты программно-определяемых радиосистем: [Электронный ресурс]: https://www.rlocman.ru/review/article.html?di=276533
13. Kuleshov V.N., Liu H.Y., Leshukov B.E. 1/f Fluctuations Sources in Direct Digital Frequency Synthesizers and Their Contribution to the Output Oscillations Power Spectral Density. Proc. 1995 IEEE int. Freq. Control Symposium. 1995. Р. 282–287.
14. Королёв А.В., Рыков С.Г. Фазовые шумы цифровых вычислительных синтезаторов при изменении частот тактового и выходного колебания // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 5. С. 100−116. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202105-10
15. Ромашов В.В., Докторов А.Н., Якименко К.А., Сочнева Н.А. Математическое моделирование шумовых характеристик формирователей высокочастотных сигналов на основе быстродействующих цифро-аналоговых преобразователей // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2019. № 4 (36). С. 52–59.
16. Rubiola E. Phase noise and frequency stability in oscillators. Cambridge University Press. 2008. P. 220.
17. Чуприна П. АЦП и ЦАП компании Maxim для прецизионных измерительных устройств. Малое энергопотребление и высокая интеграция // Электроника: Наука, технология, бизнес. 2013. № 1. С. 056–063.
18. Glascott-Jones A. et al. Using e2v's High Speed Space Grade ADC and DAC to achieve direct conversion of L band Signals. 2011 12th International Radar Symposium (IRS). IEEE. 2011. P. 829–834.
19. Glascott-Jones A. et al. Results from a prototype 6GSps digital to analogue converter with greater than 7 GHz analogue bandwidth. 2016 11th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC). IEEE. 2016. P. 385–388.
20. Calosso C.E., Cárdenas Olaya A.C., Rubiola E. Phase-Noise and Amplitude-Noise Measurement of DACs and DDSs. In IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. Feb. 2020. V. 67. № 2. P. 431–439.