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D/A-Wandler für Direktumwandlung in Mikrowellen-Frequenzen
Die steigenden Anforderungen der Breitband-Kommunikation führen dazu, dass Lösungen auf Basis analoger Technik immer mehr an ihre Grenzen stoßen. Die rein digitale Implementierung mehrkanaliger Lösungen wird dadurch immer attraktiver: Neben einer hohen Flexibilität, die aufgrund der ständig fortschreitenden Entwicklung bei Modulationsstandards zwingend nötig ist, punktet die mehrkanalige Implementierung zudem mit einer geringen Stromaufnahme.
Durch die technischen Fortschritte im Bereich der schnellen D/A-Wandler kann von Grund auf anders an das Design von Mikrowellen-Kommunikationssystemen herangegangen werden. Die neue Generation von D/A-Wandlern (DACs) ist in der Lage, ein digitales Signal direkt in das L-, S- oder sogar C-Band (6 GHz) zu wandeln. Dies ermöglicht mehr Systemflexibilität und eine reduzierte Leistungsaufnahme, da mehrere sonst erforderliche Aufwärtsmischer entfallen können. Damit wird auch der VCO/PLL-Jitter, der sich sonst mit jeder Aufwärtswandlung unweigerlich einschleichen würde, hinfällig.
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Die D/A-Wandler können jedoch auch in einem etwas niedrigeren Frequenzbereich genutzt werden. Ein Beispiel hierfür sind Kabelmodem-Applikationen, wie sie vom DOCSIS-Standard (Data Over Cable Service Interface Specification, eine von Cable Labs um 1997 entwickelte Spezifikation für Schnittstellen von Kabelmodems und dazugehörigen Peripheriegeräten) beschrieben werden. Angesichts der Umsetzzeiten von 60 ps ist der Einsatz dieser D/A-Wandler auch in automatischen Prüfsystemen für schnelle digitale Bauelemente höchst vorteilhaft.
Moderne Modems basieren auf einer kombiniert analog-digitalen Architektur und erfordern Mischer für die Aufwärtswandlung. Mit entsprechend leistungsfähigen D/A-Wandlern ist es möglich, eine große Zahl dieser Wandler durch einen einzigen zu ersetzen (Bild 1).
Aufwärtswandlung im digitalen Bereich
Beim Einsatz von Mikrowellen-D/A-Wandlern zur Aufwärtswandlung sind Alias-Effekte kein Nachteil, sondern eher hilfreich. Bild 2 zeigt die Alias-Effekte eines 100-MHz-Signals, ausgegeben von einem Mikrowellen-D/A-Wandler mit einer Abtastrate von 3 GS/s.
Die durchgezogene Kurve zeigt den typischen Verlauf von si(x) für einen Wandler bei NRZ-Codierung (Non-Return to Zero, ein einfacher Leitungscode für binäre Signale) mit einer Nullstelle bei der Abtastrate. Das Signal bei 0,2 F0/Fs fällt in die erste Nyquist-Zone, während die Alias-Effekte in die zweite Nyquist-Zone und die Spiegelfrequenzen in die zweite, dritte und vierte Nyquist-Zone fallen.
Zur Isolierung der gewünschten Frequenz ist lediglich eine passende Filterung in der Umgebung der betreffenden Frequenzen erforderlich. Auf diese Weise lässt sich der traditionelle Modulator ersetzen. In der Tabelle wird ein typischer IQ-Modulator mit dem Mikrowellen-D/A-Wandler EV12DS130A verglichen:
| Bei 3 GHz Ausgangsfrequenz | EV12DS130A | IQ-Modulator |
|---|---|---|
| SFDR | - 66 dBm | - 51 dBc |
| Nachbarkanalleistung | - 59 dB | - 60 dB |
| Eigenrauschen | - | - 157 dBm/Hz |
| Verstärkungs-Drift | 0,02 %/K | - |
| Verlustleistung | 1,3 W | 1,5 W |
Vergleich von IQ-Modulator und D/A-Wandler.
Man sieht, dass der D/A-Wandler bessere Eigenschaften als die rein analoge Lösung liefert. Hinzu kommt, dass der EV12DS130A ein nur 15 × 15 mm2 großes Gehäuse braucht. Bezüglich der Leistungsaufnahme darf außerdem nicht vergessen werden, dass der IQ-Modulator einen Basisband-D/A-Wandler benötigt, der ebenfalls Leistung aufnimmt.
- D/A-Wandler für Direktumwandlung in Mikrowellen-Frequenzen
- Erwartungen an einen Mikrowellen-D/A-Wandler
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