谈一谈IF/RF转换器中集成的典型DDC和DUC

这些数字功能可在DSP和FPGA中实现，某些大公司也会构建自己的数字中频处理ASIC。ADI公司正在将越来越多的此类数字中频处理模块集成到高速转换器IC中，从而大幅减轻设计工作，节省系统成本和功耗。本文探讨ADI公司IF和RF转换器中的集成DDC和DUC通道，并说明它们在实际应用中如何工作。

高速转换器是现代无线基站系统的关健功能之一。越来越多的此类转换器集成了复杂的数字信号处理模块，以便简化系统设计中的FPGA工作。转换器中的数字信号处理模块对系统设计非常有益，但这些益处尚未得到很多工程师的全面了解。希望本文能给数据转换器中的DDC和DUC功能做一个清楚的说明，使系统设计人员能充分利用ADI转换器给收发器架构带来的好处。注意：本文将聚焦于ADC和DAC中的数字处理模块；因此，某些描述中将发射机和接收机模块加以合并。请忽略可能引起混淆的信号流向。

在现代数字移动通信系统中，发射和接收路径（包括下面描述中的反馈接收路径）可根据信号特性分为三个主要电路级：射频级、模拟中频级和数字中频级。图1是典型发射机和接收机的框图。射频级处理射频信号，在当前LTE标准中，其信号频率范围一般是700 MHz到3.8 GHz。

经过混频器、调制器或解调器—这些都是混频单元—处理后，射频信号移动到DC至300 MHz以下的较低频率。从数据转换器到混频器的处理模块包括转换器（ADC或DAC）、模拟滤波器和中频放大器。我们可以把该级称为模拟中频级。

转换器之后（事实上是在转换器的量化器部分之后），信号变为数字信号；它与随后的FPGA或ASIC一起，我们称之为数字中频级。对于此级中的各数字信号处理模块，在Tx路径中通常称之为DUC（数字上变频器），在Rx路径中通常称之为DDC（数字下变频器）。

直接射频架构是例外，其中数据转换器直接对射频信号采样，因而没有模拟中频级，信号链仅由射频级和数字中频级构成。

图1.发射机或接收机的典型框图。

典型DDC模块包括载波选择、下变频器、滤波器和抽取器。这些功能模块按顺序工作，或者可分别予以旁路，最终根据后续FPGA或ASIC（其采样速率较低）的要求，产生一个位于DC的复信号或一个实信号。

典型DUC模块包括插值、滤波器、上变频器和载波合并器。根据系统架构设计，DUC产生一个位于DC的复信号或中频信号，或者直接产生射频信号。DUC的处理几乎与DDC的处理相反。

常常将多个DDC和DUC级级联以提供灵活性。独立的DDC和DUC需要并行处理多个载波，合并之后输出发射信号或在接收信号中将其分离。

DDC

Rx链路需要较高采样速率以避免信号混叠，简化模拟滤波器设计，提供更宽的信号频带。但另一方面，为了节省功耗、成本以及FPGA/ASIC中的高速逻辑，最好降低接口上的数据速率。转换器的集成DDC将解决上述要求。图2是典型DDC的框图。

图2.DDC框图

NCO和混频器

为了从干扰（阻塞信号和其他载波）中选择所需的载波，NCO的输出频率与输入中频信号混频以将所需载波频移到DC。这样可以降低后续滤波和抽取级的复杂度。

滤波和抽取

在NCO和混频级之后，使用一个低通滤波器来选取所需的滤波并抑制其他不需要的信号。滤波器之后，使用一个2倍抽取器来降低数据速率。为了节省资源并向客户提供灵活性，半带FIR滤波器加2倍抽取器被合并在一个模块中；重复使用该模块以级联三到四级。系统设计者可根据应用需要选择使用其中的一部分或全部。转换器也可能提供2倍之外的其它抽取率以提供更大的灵活性，尤其是在RF ADC中。

DUC

Tx链具有与Rx链相同的要求：需要高采样速率以简化滤波器设计，使信号频率位于高中频或直接变为射频，以及远远地推开镜像，但接口希望使用较低的数据速率。转换器的集成DUC将解决这些要求。图3是典型DUC的框图。

插值和滤波

最简单的数字插值算法称为“零填充”，即在每两个样本之间插入0。采样速率加倍，但在得到的频谱中也会产生频率为Fs –Fif的镜像。因此，在插值器之后需要使用一个滤波器级，以便消除镜像或原始载波（依据应用而定）。如果消除的是原始载波，结果将是插值和Fs/2的粗调。

像在DDC中一样，2倍插值和滤波器被合并为一个模块。然后重复此功能模块并级联三到四级，以提高灵活性。也可使用2倍之外的其他插值系数以提供更大的灵活性，尤其是在RF DAC中。

NCO和混频器

DUC中的NCO和混频器级与DDC中的相同模块非常相似，但功能相反，即根据系统架构的要求，将载波频移到所需的中频或射频频率。在零中频架构中，可旁路此模块以使载波保持在DC。

增益、相位、I/Q偏移和反Sinc

增益、相位调整、I/Q偏移和反sinc模块是许多IF/RF DAC的附件。

增益、相位调整和I/Q偏移常常一起使用以独立调谐输出信号I/Q通道，补偿不同类型的I/Q失配（DAC、模拟滤波器和调制器引起），最终从模拟调制器后输出一个低本振泄漏和低镜像的理想复信号。

图3.DUC框图

反sinc滤波器补偿DAC引起的sinc滚降，这种滚降会影响平坦度和信号幅度，尤其是在采用高中频或直接射频架构的宽带应用中。

总结

本文简要说明了当前IF/RF转换器中集成的典型DDC和DUC——它们是何物，为何需要它们，以及它们在信号链中如何工作。适当了解这些内容并正确使用它们将能减少资源占用并减轻FBGA/ASIC中的编码工作，以及节省系统的功耗和成本。