Bagaimana Seharusnya Model Konverter Data untuk Simulasi Sistem?
Artikel ini meluncurkan serangkaian pertanyaan tentang bagaimana memodelkan konverter data untuk simulasi sistem.
Insinyur sering bertanya-tanya. Saat mengerjakan berbagai proyek dengan jadwal desain yang ketat, mereka sering bertanya-tanya tentang pertanyaan yang ingin mereka temukan jawabannya, tetapi tidak punya waktu untuk itu. Mereka masih bertanya-tanya.
Selama pekerjaan tekniknya, penulis Anda bertanya-tanya tentang berbagai pertanyaan mengenai transfer data ke dan dari sinyal analog RF dan sinyal digital I dan Q. Baru-baru ini, dia memiliki waktu untuk mencari jawaban atas beberapa pertanyaan ini, dan telah membuat hasil apa pun yang dia dapat peroleh tersedia dalam artikel teknis. Salah satu artikel sebelumnya membahas pertanyaan “Haruskah Penggabungan dan Pemisahan Saya dan Q Dilakukan Secara Digital atau Analog?” dan yang lain menawarkan "Persyaratan untuk Kinerja Tautan Komunikasi yang Baik".
Gambar 1 dari artikel awal tersebut menunjukkan opsi konversi digital-ke-analog RF langsung dan konversi analog-ke-digital RF langsung. (Perhatikan bahwa konverter digital-ke-analog {DACs} dan konverter analog-ke-digital {ADCs} secara bersama-sama disebut “konverter data”.)
Gambar 1(a). Modulator
Gambar 1(b). Demodulator
Dalam artikel itu, satu hal yang membuat penulis Anda bertanya-tanya adalah:apa persyaratan kualitas DAC dan ADC pada Gambar 1 untuk kinerja tautan komunikasi yang baik? Tampaknya tidak banyak yang dipublikasikan tentang pertanyaan ini.
Ini membuatnya bertanya-tanya tentang, jika dia mensimulasikan konverter data di tautan komunikasi, bagaimana modelnya?
Untuk simulasi bit error rate (BER), jumlah kesalahan bit yang ditemukan dibagi dengan jumlah total bit untuk menghitung BER. Untuk hasil yang signifikan secara statistik, harus ada beberapa ratus hingga seribu kesalahan yang dihitung. Bahkan untuk BER yang cukup tinggi yaitu 10-4; untuk menghitung 500 kesalahan membutuhkan 5 juta bit. Agar simulasi dapat berjalan dalam waktu singkat yang wajar, model yang cukup sederhana, yang menangkap secara memadai semua karakteristik konverter data yang relevan, harus ditemukan.
Artikel ini menjelaskan informasi yang dia temukan. Itu berguna untuk membagi diskusi menjadi diskusi tentang ADC dan DAC. Catatan ditambahkan dalam Versi .02; Pengonversi Data tipe Sigma-Delta tidak dipertimbangkan dalam artikel ini.
Model untuk Pengonversi Analog-ke-Digital (ADC)
Referensi [4] hingga [18] di bawah ini membahas analisis, model, simulasi, pengujian, dan spesifikasi untuk ADC. Secara khusus [13], [14], [16], dan [17] menyajikan model yang memodelkan beberapa aspek kinerja ADC. Sebagai seorang insinyur, penulis Anda bertanya-tanya apakah model yang lebih sederhana dan lebih mudah dipahami itu mungkin.
Gambar 2 menunjukkan kuantisasi ADC 5-bit. Ada 2
5
=32 tingkat. Karena inputnya bisa positif dan negatif, ini disebut ADC input bi-polar. Salah satu aspek yang membuat penulis Anda bertanya-tanya adalah perbedaan antara dB relatif terhadap skala penuh (FS) antara puncak dan sinyal rata-rata.
Gambar 2.
Tegangan puncak sinyal pada Gambar 2 berkisar antara +0,9375 Volt (FS+) dan -1 Volt (FS-); yang ±1 Volt untuk perkiraan yang baik.
Insinyur RF terbiasa berurusan dengan nilai rms sinyal. Nilai rms gelombang sinus adalah 0,707 Volt, - 3 dB relatif terhadap FS. Karena ini telah membingungkan penulis Anda di masa lalu, ia telah memilih untuk mendefinisikan unit dBpeakFS (dB dari puncak tegangan sinyal skala penuh relatif), dan dBrmsFS (dB dari nilai rms sinyal relatif terhadap skala penuh).
Masalah lain menyangkut bandwidth output ADC yang menjadi perhatian seseorang. Untuk aplikasi audio awal ADC, umumnya, orang-orang khawatir tentang bandwidth Nyquist yang penuh.
Namun, untuk pengambilan sampel RF langsung seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1(b), hanya bagian pita Nyquist yang ditempati oleh sinyal, ditambah sedikit untuk pita pengaman, yang menjadi perhatian. Ini mengarahkan penulis Anda untuk mendefinisikan "bandwidth yang menarik" seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
“Interesting bandwidth” adalah bandwidth yang diproses oleh Digital Signal Processing (DSP). Biasanya bandwidth sinyal yang diinginkan atau sedikit lebih lebar.
Gambar 3.
Perhatikan, pada Gambar 3, bahwa meskipun sinyal dan bandwidth "menarik" ditunjukkan sama, frekuensi tengah keduanya tidak. Hal ini dapat terjadi karena pengambilan sampel bandpass yang dijelaskan dalam artikel pertama kami, di mana jam ADC bertindak sebagai osilator lokal dari sebuah mixer. Frekuensi clock ADC akan dilambangkan fS. Frekuensi Nyquist =FNyquist =fS /2 .
Pilihan Sinyal Input untuk Implementasi Model
Untuk mengkarakterisasi ADC untuk membuat model yang baik, perlu untuk menentukan sinyal input yang berguna. Sebagian besar spesifikasi ADC dibuat dengan input gelombang sinus tunggal. Namun, karena ini memiliki bandwidth 0 Hz dan tidak ada variasi envelope, sepertinya ini bukan sinyal yang sangat bagus. Input 2 nada, yang ditunjukkan pada Gambar 4, memiliki bandwidth lebih dari 0 Hz dan memiliki variasi amplitudo. Mudah untuk menghasilkan di bangku tes menggunakan dua sumber sinyal berkualitas tinggi dan kombinasi daya yang benar. Selain itu, sebagian besar lembar data memiliki beberapa informasi tentang kinerja perangkat dengan input 2 nada.
Gambar 4.
Sinyal uji dua nada juga diusulkan dalam [4] dan [12]. Sinyal uji lain yang telah diusulkan termasuk input Gaussian dengan bentuk spektrum arbitrer [17] dan sinyal AM atau FM [5]. Biasanya, ini memerlukan generator sinyal yang kurang umum, dan biasanya tidak ditampilkan dalam lembar data sebagai input untuk pengujian.
Pada artikel selanjutnya, kita akan membahas model ADC menggunakan jumlah bit efektif (ENOB).
Untuk sisa seri ini, silakan lihat tabel singkatan, glosarium, dan referensi berikut.
Singkatan Digunakan
Glosarium
Munson, Justin; "Memahami Pengujian dan Evaluasi DAC Berkecepatan Tinggi"; Catatan Aplikasi Perangkat Analog AN-928; 2013
Arrant, Alex; Brannon, Brad; &Reeder, Rob; "Memahami Pengujian dan Evaluasi ADC Berkecepatan Tinggi''; Catatan Aplikasi Perangkat Analog AN-835; 2010
Tukang roti, Bonnie; "Glosarium Spesifikasi Analog-ke-Digital dan Karakteristik Kinerja"; Laporan Aplikasi Texas Instruments SBAA147B; 2011
Malobert, Prancis; Konverter Data; Penerbitan Springer; Bab 2:“Spesifikasi Konverter Data”; dan 9:“Pengujian Konverter D/A dan A/D”
Myderrizi, saya; Zeki, A, "Konverter Digital-ke-Analog Pengarah Saat Ini:Spesifikasi Fungsional, Dasar-Dasar Desain, dan Pemodelan Perilaku," Antena dan Majalah Propagasi, IEEE, vol.52, no.4, pp.197.208, Agustus 2010; Bagian 3. "Spesifikasi Fungsional untuk Karakterisasi Performa DAC"
Referensi
Informasi Umum
[1] Brodsky, Wesley; “Haruskah Penggabungan dan Pemisahan I dan Q dilakukan Secara Digital atau Analog?”; Buku Putih Komunikasi Nirkabel WesBrodsky:WBWC.01; 2014
[2] Maloberti, Prancis; Konverter Data; Penerbitan Springer; 2007
[3] VanTrees, Harry L; Deteksi, Estimasi, dan Teori Modulasi, Bagian III, Pemrosesan Sinyal Radar/Sonar dan Sinyal Gaussian dalam Kebisingan; John Wiley dan Sons; 1971. Lampiran:“Representasi Kompleks Sinyal Bandpass, Sistem, dan Proses”
Analisis, Model, Simulasi, Pengujian, dan Spesifikasi ADC
[4] Seokjin Kim; Elkis, R.; Peckerar, Martin, "Pengujian Verifikasi Perangkat Konverter Analog-ke-Digital Berkecepatan Tinggi dalam Sistem Komunikasi Satelit," Instrumentasi dan Pengukuran, Transaksi IEEE pada , vol.58, no.2, pp.270,280, Feb. 2009
[5] Vedral, J.; Fexa, P.; Svatos, J., "Using of AM and FM signal for ADC testing," Instrumentation and Measurement Technology Conference (I2MTC), 2010 IEEE , vol., no., pp.508.511, 3-6 May 2010
[6] Kester, Walt; "Aspek Baik, Buruk, dan Buruk dari Kebisingan Masukan ADC—Apakah Tidak Ada Kebisingan Kebisingan yang Baik?"; Tutorial Perangkat Analog MT-004; 2008
[7] Arrants, Alex; Brannon, Brad; Reeder, Rob; "Memahami Pengujian dan Evaluasi ADC Berkecepatan Tinggi"; Catatan Aplikasi Perangkat Analog AN-835; 2010
[8] Kester, Walt; "Pahami SINAD, ENOB, SNR, THD, THD+N, dan SFDR agar Anda Tidak Tersesat di Lantai Kebisingan"; Tutorial Perangkat Analog MT-003; 2008
[9] Shinagawa, M.; Akazawa, Yukio; Wakimoto, Tsutomu, "Analisis jitter dari sistem pengambilan sampel berkecepatan tinggi," Solid-State Circuits, IEEE Journal of , vol.25, no.1, pp.220,224, Feb 1990
[10] Hummels, D.M.; Setrika, F.H.; Masak, R.; Papantonopoulos, I, "Characterization of ADCs using a non-iterative procedure," Circuits and Systems, 1994. ISCAS '94., 1994 IEEE International Symposium on , vol.2, no., pp.5,8 vol.2, 30 Mei-2 Juni 1994
[11] de Mateo Garcia, J.C.; Armada, AG., "Effects of bandpass sigma-delta modulation on OFDM signal," Consumer Electronics, IEEE Transactions on , vol.45, no.2, pp.318,326, May 1999
[12] Abuelma'atti, Muhammad Taher, "Effect of Nonmonotonicity on the Intermodulation Performance of A/D Converters," Communications, IEEE Transactions on, vol.33, no.8, pp.839.843, Aug 1985
[13] Traverso, P.A; Mirri, D.; Pasini, G.; Filicori, F., "Model perangkat S/H-ADC dinamis nonlinier berdasarkan seri Volterra yang dimodifikasi:prosedur identifikasi dan implementasi alat CAD komersial," Instrumentasi dan Pengukuran, Transaksi IEEE pada , vol.52, no.4, hlm. 1129,1135, Agustus 2003
[14] Fraz, H.; Bjorsell, N.; Kenney, J.S.; Sperlich, R., "Prediksi Harmonic Distortion in ADCs using dynamic Integral Non-Linearity model," Behavioral Modeling and Simulation Workshop, 2009. BMAS 2009. IEEE, pp.102.107, 17-18 Sept. 2009
[15] Kester, Walt; "Angka Kebisingan ADC—Spesifikasi yang Sering Disalahpahami dan Disalahartikan"; Tutorial Perangkat Analog MT-006; 2014
[16] Brannon, Brad; MacLeod, Tom; "Bagaimana ADIsimADC Memodelkan ADC"; Catatan Aplikasi Perangkat Analog AN-737; 2009
[17] Dardari, D., "Joint clip and quantization effects characterization in OFDM receivers," Sirkuit dan Sistem I:Regular Papers, IEEE Transactions on, vol.53, no.8, pp.1741,1748, Aug. 2006
[18] Lavrador, Pedro Miguel; de Carvalho, N.B.; Pedro, Jose Carlos, "Evaluation of signal-to-noise dan distorsi rasio degradasi dalam sistem nonlinier," Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on, vol.52, no.3, pp.813.822, March 2004
[18A] Gray, Robert M.; “Spektra Kebisingan Kuantisasi”; Teori Informasi, Transaksi IEEE pada; Jil. 36, No.6; November 1990; halaman 1220 sampai 1244.
Analisis, Model, Simulasi, Pengujian, dan Spesifikasi DAC
[19] Wikner, J.J.; Nianxiang Tan, "Modeling of CMOS digital-to-analog converters for telecommunication," Sirkuit dan Sistem II:Pemrosesan Sinyal Analog dan Digital, Transaksi IEEE pada , vol.46, no.5, pp.489,499, Mei 1999
[20] Angrisani, L.; D'Arco, M., "Modeling Timing Jitter Effects in Digital-to-Analog Converters," Instrumentasi dan Pengukuran, IEEE Transactions on, vol.58, no.2, pp.330,336, Feb. 2009
[21] D'Apuzzo, M.; D'Arco, M.; Liccardo, A; Vadursi, M., "Modeling DAC Output Waveforms," Instrumentasi dan Pengukuran, IEEE Transactions on, vol.59, no.11, pp.2854,2862, Nov. 2010
[22] Myderrizi, saya; Zeki, A, "Konverter Digital-ke-Analog Pengarah Saat Ini:Spesifikasi Fungsional, Dasar-Dasar Desain, dan Pemodelan Perilaku," Majalah Antena dan Propagasi, IEEE, vol.52, no.4, pp.197.208, Agustus 2010
[23] Sang Min Lee; Taleie, S.M.; Saripalli, G.R.; Dongwon Seo, "Clock-Phase-Noise-Induced TX Leakage Estimation of a Baseband Wireless Transmitter DAC," Circuits and Systems II:Express Briefs, IEEE Transactions on , vol.59, no.5, pp.277.281, Mei 2012
[24] Naoues, M.; Morche, D.; Dehos, C.; Barrak, R.; Ghazel, A, "Teknik pemodelan DAC perilaku baru untuk spesifikasi sistem WirelessHD," Electronics, Circuits, and Systems, 2009. ICECS 2009. Konferensi Internasional IEEE ke-16 pada, vol., no., pp.543.546, 13-16 Des. 2009
[25] Kitaek Bae; Changyong Shin; Powers, E.J., "Analisis Kinerja Sistem OFDM dengan Pemetaan Terpilih di Kehadiran Nonlinier," Komunikasi Nirkabel, Transaksi IEEE pada , vol.12, no.5, pp.2314,2322, Mei 2013
[26] Ling, W.A, "Shaping Quantization Noise and Clipping Distortion in Direct-Detection Discrete Multitone," Lightwave Technology, Journal of, vol.32, no.9, pp.1750,1758, May1, 2014
[27] Engel, G.; Fague, D.E.; Toledano, A, "Konverter RF digital-ke-analog memungkinkan sintesis langsung sinyal komunikasi," Majalah Komunikasi, IEEE, vol.50, no.10, pp.108.116, Oktober 2012
[28] Pearson, Chris; "Dasar-dasar Konverter Digital ke Analog Berkecepatan Tinggi"; Laporan Aplikasi Texas Instruments SLAA523A; 2012
[29] Munson, Justin; "Memahami Pengujian dan Evaluasi DAC Berkecepatan Tinggi"; Catatan Aplikasi Perangkat Analog AN-928; 2013
