Resumen: Los convertidores de datos de alta y baja velocidad juegan un papel importante en las radios móviles de banda ancha modernas. Esta nota de aplicación describe cómo determinar los requisitos de rendimiento para convertidores de datos de alta velocidad en arquitecturas de radio de muestreo de banda base. También describe las estrategias de partición del sistema y los beneficios al considerar soluciones de front-end analógico (AFE) de alta velocidad.
Resumen: Los convertidores de datos de alta y baja velocidad juegan un papel importante en las radios móviles de banda ancha modernas. Esta nota de aplicación describe cómo determinar los requisitos de rendimiento para convertidores de datos de alta velocidad en arquitecturas de radio de muestreo de banda base. También describe las estrategias de partición del sistema y los beneficios al considerar soluciones de front-end analógico (AFE) de alta velocidad.
prólogo
Los sistemas de comunicación inalámbrica de banda ancha móvil emplean varias técnicas para mejorar la eficiencia espectral. Para lograr altas velocidades de datos, lograr una capacidad óptima del sistema y garantizar una calidad de servicio (QoS) confiable, los sistemas de comunicación inalámbricos modernos emplean modulación de alto orden (16QAM a 64QAM) y canal variable con código Use el ancho de banda (BW = 1.25MHz a 20 MHz). Acceso múltiple por división de frecuencia dividida u ortogonal (CDMA, OFDMA) y tecnologías de antenas inteligentes escalables (múltiples entradas, múltiples salidas o MIMO, diversidad espacial, etc.).
Los estándares 3GPP UMTS, TD-SCDMA, Long Term Evolution (LTE) y estándares como IEEE® 802.16e, IEEE 802.11ny IEEE 802.11ac son sistemas comunes que utilizan estas tecnologías. Como ejemplo, la radio 4G LTE utiliza modulación 64QAM, multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) con 2048 subportadoras, ancho de banda de canal de 20 MHz y una arquitectura MIMO 2×2 para ofrecer velocidades de datos máximas superiores a 100 Mbps con un rendimiento sólido.
La modulación de alto orden con OFDM, el ancho de banda de canal amplio y la arquitectura MIMO imponen demandas de mayor rendimiento en el convertidor de analógico a digital de recepción (Rx ADC) y el convertidor de digital a analógico de transmisión (Tx DAC). Los requisitos del convertidor de datos de alta velocidad incluyen frecuencias de muestreo más rápidas, mayor rango dinámico, mejor rendimiento espectral y múltiples canales. Además, los dispositivos de comunicación del producto final son móviles y funcionan con baterías, por lo que los convertidores de datos deben ser de bajo consumo y de tamaño pequeño. Estos factores presentan un desafío de diseño similar a un laberinto al elegir la solución de convertidor de datos de alta velocidad adecuada. Los siguientes temas presentan metodologías para ayudar a los diseñadores a superar estos desafíos.
Funciones de radio y convertidor de datos
El tamaño pequeño, el bajo consumo de energía y el bajo costo son objetivos de diseño clave en productos inalámbricos móviles como teléfonos inteligentes, tarjetas de datos, radios integrados, radios de seguridad pública, radios militares tácticos y radios satelitales móviles. Por esta razón, una arquitectura de frecuencia intermedia cero (ZIF) de conversión directa es una solución de radio popular. En comparación con la radio heterodina, la arquitectura ZIF elimina múltiples componentes de frecuencia intermedia, como el mezclador IF, VGA, el sintetizador LO y el filtro de rechazo de imagen. Esta eliminación reduce los costos y reduce el tamaño. Además, para aplicaciones con anchos de banda de canales variables como LTE, la arquitectura ZIF es adecuada para el filtrado de banda base programable.
La figura 1 muestra la alineación de ZIF utilizada en una aplicación de radio móvil típica. Una arquitectura de radio ZIF requiere ADC Rx de dos canales y DAC Tx de dos canales para muestrear y generar señales de banda base en fase y en cuadratura (I/Q). Otros convertidores de baja velocidad se utilizan para el control de ganancia de entrada de RF y mediciones de señales analógicas auxiliares, como la temperatura y la potencia de RF del transmisor. El bus digital del convertidor interactúa con un procesador de banda base digital en forma de matriz de puerta programable de campo (FPGA), procesador de señal digital (DSP) o circuito integrado específico de aplicación (ASIC). Los procesadores digitales de banda base realizan funciones de procesamiento de señales, como la codificación de canales, el mapeo de modulación y el filtrado digital. Una radio ZIF monomodo puede requerir hasta ocho canales convertidores de datos.