圖 1：典型的信號路徑
每當(dāng)我們設(shè)計高速的混合信號系統(tǒng)時，我們最好先審視信號路徑的每一環(huán)節(jié)，詳細評估各區(qū)塊的信號失真程度。本文主要介紹輸入或接收器路徑的設(shè)計。發(fā)送器或輸出路徑的設(shè)計將會留待以后再詳細介紹。典型的接收器或儀表測量系統(tǒng)由信號傳感器、模擬信號處理區(qū)塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口及數(shù)字處理區(qū)塊等多個不同環(huán)節(jié)組成 (參看圖 1)。但本文只集中討論輸入路徑設(shè)計的模擬及混合信號部分。我們必須小心挑選信號路徑的各個區(qū)塊，才可取得預(yù)期的成效。
規(guī)范系統(tǒng)性能的技術(shù)規(guī)格
若要系統(tǒng)能充分發(fā)揮其性能，系統(tǒng)便必須符合一定的技術(shù)規(guī)格，例如信號路徑所采用的主要元件必須符合有關(guān)要求，以便系統(tǒng)可以在性能、功耗、體積及是否容易使用等方面取得最理想的平衡。下文將會分析典型的雙信號路徑接收器設(shè)計的每一個環(huán)節(jié) (參看圖 2)。接收器的兩條信號路徑都以傳感器為起點，接收器可以接受頻率高達 27 MHz 的直流電信號，并可為單端 200W 負(fù)載提供輸出。傳感器信號振幅介于 2mVpp 與 1Vpp 之間，而且兩條通道都無可避免有高頻干擾。按照系統(tǒng)規(guī)格的規(guī)定，即使最微弱的信號也必須比系統(tǒng)噪音高 6dB 以上，才可進行正常的信號處理，而且即使最強的信號其振幅峰值也不應(yīng)在信號路徑內(nèi)被削平。在任何正常的應(yīng)用情況下，這一電路設(shè)計的功耗都應(yīng)盡量減至最少。
高效的測試及儀表測量解決方案示波器簡化電路圖
圖 2：設(shè)有兩條信號路徑的接收器系統(tǒng)
選擇模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器
系統(tǒng)設(shè)計工程師確定了系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)格之后，便可著手挑選輸入信號路徑的核心元件 -- 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器有兩個重要的技術(shù)參數(shù)：即以位計的分辨度及采樣率。由于信號的振幅介于 2mVpp 與 1Vpp 之間或 54dB，加上即使最微弱的信號也必須比模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的噪音高 6dB 以上，因此模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信噪比 (SNR) 必須不可低于 60dB (54dB + 6dB)。理論上，10 位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信噪比可以高達 62dB，應(yīng)該符合規(guī)定要求。但實際上，10 位模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信噪比根本無法達到這個理論上的最高水平。此外，信號路徑上的其他元件也會為系統(tǒng)添加噪音。系統(tǒng)設(shè)計工程師也希望能夠?qū)⒛M/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入信號加以抑制，確保振幅無法達到其峰峰值的范圍，因為這樣可以避免出現(xiàn)過驅(qū)動的現(xiàn)象。按照以上的分析，信噪比高達 68-70dB 的12 位轉(zhuǎn)換器應(yīng)該是明智的選擇。
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的分辨度確定為 12 位之后，跟著便要確定取樣率。以頻率高達 27 MHz 的直流電輸入信號為例來說，取樣率必須不可低于 54 MSPS，因為只有這樣，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器才可將整個頻率范圍內(nèi)的信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，確保有關(guān)信號不會與其他頻率混淆或重疊，以致出現(xiàn)錯誤解譯。許多有關(guān)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器及取樣率的課本及應(yīng)用技術(shù)資料匯編都有討論頻率重疊或混淆的問題。
此外，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器還要符合另外兩個系統(tǒng)規(guī)定。由于這里討論的是雙通道的接收器系統(tǒng)，因此選用雙路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器較為理想，而且功耗最好能夠減至最少。以下是最適用的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的技術(shù)規(guī)格：12 位的分辨度、54 MSPS 以上的取樣率、極低的功耗以及雙通道的格式。ADC12DL065 是其中一款符合這些標(biāo)準(zhǔn)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器芯片。這款 12 位的雙路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以支持高達 65 MSPS 的取樣率，信噪比高達 69dB，而且功耗低至只有 360mW。
ADC12DL065 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器還有其他的優(yōu)點，工程師設(shè)計信號路徑的其他環(huán)節(jié)時，應(yīng)該詳細考慮這些重要的技術(shù)參數(shù)。這里首先要介紹的是這款模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入信號的特性。這款芯片的整個差分信號輸入范圍是 2 Vpp，共模輸入電壓是 1.5 伏 (V)，而輸入電容是 8pF (參看圖 3)。此外，ADC12DL065 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的交流電特性也絕不遜色，不但信噪比極高，而且以 30MHz 的輸入信號來說，無雜散信號動態(tài)范圍 (SFDR) 可達 85dB，確保模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的假信號遠比要接收的信號小。雙路模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的另一優(yōu)點是芯片內(nèi)的兩條通道可以產(chǎn)生互動作用。換言之，ADC12DL065 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的兩條輸入通道可以互相抑制來自對方的信號干擾，而且兩者之間的信號抑制率高達 90dB，因此兩條通道的信號不會互相干擾。
圖 3：輸入“A”信號路徑接收器系統(tǒng)
模擬信號調(diào)節(jié)區(qū)塊
跟著我們便要為接收器系統(tǒng)設(shè)計模擬信號調(diào)節(jié)區(qū)塊，以便為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器提供支持，確保轉(zhuǎn)換器可以充分發(fā)揮其性能。這是重要的區(qū)塊，負(fù)責(zé)執(zhí)行多個不同的功能，其中包括濾波功能 (消除不受歡迎的高頻信號)、傳感器輸出的阻抗匹配功能、信號轉(zhuǎn)換功能 (將傳感器的單端信號轉(zhuǎn)為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的差分信號)、信號放大功能 (將信號電平提高至達到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍) 以及電平轉(zhuǎn)移功能 (確保模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的共模輸入電平能夠相匹配)。系統(tǒng)設(shè)計工程師應(yīng)小心挑選這一區(qū)塊的元件，以便盡量將元件數(shù)目減至最少。 
通信系統(tǒng)信號路徑無線基站發(fā)送器
由于系統(tǒng)內(nèi)有部分高頻信號會對系統(tǒng)造成干擾而必須加以消除，而且進入模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的噪音也必須在帶寬上加以限制，因此這個電路設(shè)計必須采用設(shè)計簡單的無源、單極性、低通濾波器，并將之置于放大器與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器之間�；谝韵聝蓚�理由，我們?yōu)?nbsp;32 MHz 的信號選用 3dB 的帶寬：
· 盡量確保頻率較高的輸入信號不會出現(xiàn)衰減
· 盡量確保頻率超出取樣率一半的噪音及不受歡迎信號不會與接收的頻率混淆或重疊一起
圖 4 所示的濾波器可以消除或減少信號混淆，因此一般都稱之為抑制混淆信號濾波器 (參看圖 4)。若有需要，例如不受歡迎交流電信號的振幅較大而頻率較高，我們可能需要采用斜度較高的多極性濾波器，但以這個接收器系統(tǒng)來說，單極性的濾波器已十分足夠。這是一款設(shè)計簡單的阻容 (R-C) 濾波器，在電路圖中置于放大器之后，而阻容濾波器的參數(shù)可以留待放大器區(qū)塊的設(shè)計完成之后再加以確定。
