Д.В. Кондаков1, А.П. Лавров2, С.В. Завьялов3, А.С. Орлова4

1-4 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (Санкт-Петербург, Россия)

1 dmitrii.kondakov@spbstu.ru; 2 lavrov_ap@spbstu.ru; 3 zavyalov_sv@spbstu.ru; 4 ovsyannikova_as@spbstu.ru

Постановка проблемы. Ключевыми компонентами современных радиотехнических систем являются высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи (АЦП), для которых характерно проявление таких эффектов, как джиттер тактового сигнала, неравномерность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) и групповое время запаздывания. Применяемые в настоящее время методы калибровки позволяют улучшить характеристики АЦП, но требуют сложных алгоритмов цифровой обработки, что приводит к увеличению энергопотребления. Кроме того, рабочая полоса частот АЦП ограничена его входным усилителем (буфером) и устройством выборки/хранения (УВХ), предназначенным для расширения рабочей полосы АЦП. При этом важно обеспечить контроль взаимного временно́го положения синхроимпульсов внешнего УВХ и АЦП. Расширение рабочей полосы частот АЦП востребовано при построении различных радиотехнических систем, в том числе и для восстановления амплитудного спектра при использовании методов многоканальной субдискретизации в цифровом приемнике [4].

Цель. Оценить влияние управляемой линии задержки на качество работы макета блока восстановления амплитудного спектра сигналов (БОВС) при использовании метода многоканальной субдискретизации.

Результаты. Разработан макет блока субдискретизации на основе АЦП с частотой дискретизации 3 ГГц и УВХ (0–18 ГГц) и проведено экспериментальное исследование его функционирования с применением созданного для этого стенда. В результате верификации установлено, что применение каскада из двух программируемых линий задержки с шагом перестройки 3 пс обеспечивает управление задержкой в диапазоне до 192 пс. Найдено оптимальное взаимное временно́е положение синхроимпульсов внешнего УВХ и АЦП (168 пс) и определен критерий – максимальная амплитуда первой гармоники оцифрованного выходного сигнала. Показано, что использование внешнего УВХ при оптимальной задержке синхроимпульсов позволяет расширить рабочую полосу частот цифрового приемника от 5,3 ГГц (при использовании только АЦП с его внутренним УВХ) до 17,3 ГГц. Экспериментально апробирован способ расширения полосы частот цифрового приемника при совместной работе АЦП и внешнего УВХ за счет точного контроля временного положения их синхроимпульсов и подтверждена возможность расширения рабочей полосы частот канала субдискретизации более чем в 3 раза при использовании внешнего УВХ перед АЦП при оптимальной временной задержки между их синхроимпульсами.

Практическая значимость. Учет полученных в ходе проведенного исследования результатов при разработке топологии печатной платы цепей тактирования каналов приемника с субдискретизацией устраняет необходимость использования отдельных микросхем линии задержки в его каналах.

Кондаков Д.В., Лавров А.П., Завьялов С.В., Орлова А.С. Расширение рабочей полосы частот в цифровом приемнике с субдискретизацией при контроле взаимного положения синхроимпульсов аналого-цифрового преобразователя и его внешнего устройства выборки/хранения // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 4. С. 115–125. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202604-14

1. Fang D., Drayss D., Lihachev G. et al. 320 GHz analog-to-digital converter exploiting Kerr soliton combs and photonic-electronic spectral stitching // 2021 European Conference on Optical Communication (ECOC). Bordeaux. France. 2021. P. 1-4. DOI: 10.1109/ECOC52684.2021.9606090.
2. Jun J., Kuojun Y., Jianyuan Y., Yue Y. Design of data acquisition module for 40 GSPS digital oscilloscope // 2019 14th IEEE International Conference on Electronic Measurement & Instruments (ICEMI), Changsha. China. 2019. P. 331-336. DOI: 10.1109/ICEMI46757.2019.9101413.
3. ADI's RF ADC Sets New Performance Benchmarks for Instrumentation. Defense. Текст : электронный // Microwave Journal: [сайт]. URL: https://www.microwavejournal.com/articles/30379-adis-rf-adc-sets-new-performance-benchmarks-for-instrumentation-defense (дата обращения: 06.08.2025).
4. Королев А.С. Влияние джиттера на работу современных высокоскоростных цифровых устройств обработки сигналов // Вестник НовГУ. 2015. № 8(91). С. 61-64.
5. Кестер У. Проектирование систем цифровой и смешанной обработки сигналов: Пер. с англ. М.: Техносфера. 2010. 328 c.
6. Error correction and calibration techniques // Monolithicpower URL: https://www.monolithicpower.com/en/learning/mpscholar/analog-to-digital-converters/adc-errors-and-compensation/error-correction-and-calibration-techniques (дата обращения: 29.08.2025).
7. Манганаро Г., Робертсон Д. АЦП с чередованием во времени. Раскрывая тайны // Компоненты и технологии. 2015. № 9.
   С. 49-53.
8. Быканов М.Н., Сериков В.С., Смородинов А.В., Толмачев В.А. Исследование влияния фазовой нестабильности тактового сигнала на характеристики тракта аналого-цифрового преобразования // Цифровая обработка сигналов. 2004. № 2. С. 24-30.
9. Reeder R. Radically extending bandwidth to crush the X-band frequencies using a track-and-hold sampling amplifier and RF ADC // Analog Dialogue. 2017. № 51-12. Р. 1-5. https://www.allaboutcircuits.com/industry-articles/extending-bandwidth-x-band-frequ-encies-a-track-and-hold-sampling-amplifier.
10. Дьяконов В. Сверхскоростные АЦП и усилители класса THA компании Hittite Microwave и их применение // Компоненты и Технологии. 2012. № 5. С. 46-54.
11. Запевалов В.В. Применение устройств выборки-хранения для уменьшения апертурного эффекта АЦП // Наука ЮУрГУ. Материалы 67-й науч. конф. Южно-Уральского гос. ун-та. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2015. 8 с. https://eneff.susu.ru/m/o/1888/8.pdf.
12. Кондаков Д.В., Лавров А.П. Определение частотного спектра многокомпонентного радиосигнала в цифровом приёмнике с субдискретизацией // Радиотехника. 2019. № 9(13). С. 20−26. DOI: 10.18127/j00338486-201909(13)-02.
13. Подстригаев А.С. Методика проектирования сверхширокополосного цифрового приемника с субдискретизацией // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2021. Т. 15. № 10. С. 11−17. DOI: 10.36724/2072-8735-2021-15-10-11-17.
14. Ботов В.А., Горюнцов И.С., Погребной Д.С., Кренев А.Н., Топорков В.К. Способ расширения полосы частот обнаружения радиосигналов в спектральной области // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2013. Т. 4. № 2.
    С. 122−124.
15. McCormick W., Tsui J.B.Y., Bakke V.L. A Noise Insensitive Solution to an Ambiguity Problem in Spectra Estimation //' IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. V. 25. № 5. 1989. P. 729-732.
16. Кондаков Д.В., Космынин А.Н., Лавров А.П. Алгоритм оценки частот многокомпонентного сигнала в цифровом приемнике с субдискретизацией // Труды XXIII Междунар. науч.-технич. конф. «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж: Изд-во ВГУ. 2017. Т. II. С. 481−486.
17. ADS7-V2EBZ High speed evaluation board // Analog Devices. URL: https://wiki.analog.com/resources/eval/ads7-v2 (дата обращения: 29.08.2025).
18. 28 Gbps, 5-Bit, Digital time delay with programmable output voltage // Analog Devices URL: https://www.analog.com/me-dia/en/technical-documentation/data-sheets/hmc856.pdf (дата обращения: 29.08.2025).
19. MSOS804A High-Definition oscilloscope: 8 GHz, 4 analog plus 16 digital channels // Keysight URL: https://www.key-sight.com/us/en/product/MSOS804A/high-definition-oscilloscope-8-ghz-4-analog-16-digital-channels.html (дата обращения: 2.09.2025)
20. Кондаков Д.В., Лавров А.П., Завьялов С.В. Экспериментальная проверка метода восстановления амплитудного спектра сигналов при многоканальной субдискретизации // Радиотехника. 2026. Т. 90. № 3. С. 181–190. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202603-16.