基站发射链路长期沿用一套固定的排法:基带DAC输出低中频信号,由模拟混频器与本振搬移到高中频,再送入射频前端。本振与滤波器都是成熟器件,链路预算容易核算。这套排法在单通道、窄带信号的年代一直可靠。5GNR改变了输入条件。单载波带宽上探到100MHz量级,有源天线单元的发射通道数从8路增至64路乃至更多。约束随之叠加到三处。第一处在滤波器。混频后的镜像分量与有用信号分居本振两侧,抑制镜像需要滤波器具备足够陡的过渡带。100MHz量级的信号带宽让这一要求难以在低成本器件上满足。第二处在通道数量。每通道一套本振、混频与滤波,在几十路的规模下,布线面积、功耗与器件一致性都无法承受。第三处在相位。波束赋形依靠通道之间的相位关系完成空间合成,模拟链路中每颗混频器与每段走线的相位差都需逐通道测量补偿,产线校准工时长。三处约束指向同一个动作:把上变频从模拟域搬进数字域。
上变频在数字域完成
芯动神州推出的DAC2169-1000是一颗双通道、16位数模转换器,最高采样速率1GSPS。芯片内置2×、4×、8×插值滤波器与粗调、复数调制器,可以将载波放在DAC带宽中的任何位置。载波频点由此成为一组寄存器参数。更换波道只需改写数字频率控制字,本振与滤波器都不必改动。数字反sinc滤波器补偿零阶保持带来的幅度滚降,宽带输出的幅频响应保持平坦。上变频一级移入片内之后,发射通道只剩下DAC、正交调制器与射频前端,板级器件数量随之减少。

上游接口的速率代价
插值滤波器的另一重作用是降低对上游数字接口的要求。芯片的推荐输入数据率不超过300MSPS。以8倍插值计算,接口侧提供125MSPS即可对应1GSPS的转换速率。若由FPGA直接按转换速率供数,接口需要跑满1GSPS,高速收发器数量与布线层数都要跟着上升。对64通道的有源天线单元,接口规模在整机成本中占比可观。
通道之间的相位与幅度对齐
波束赋形的空间合成效果,取决于通道间的相位关系是否稳定。DAC2169-1000提供LVDS差分同步接口SYNC_I与SYNC_O,多片器件之间可建立统一的采样节拍。双通道结构在单端口模式下可分别承载I、Q两路分量,TXENABLE引脚在此模式下兼作IQ选择,省去一路外部数据接口。幅度一侧由片内四路辅助DAC承担。其电流输出可直接驱动外部可变增益放大器与失调补偿支路。通道增益校准由此不再依赖额外的模拟器件,校准动作可以放在数字域完成。
调制质量对应的数据
采样率决定可重建信号的频率上限,1GSPS对应第一奈奎斯特区500MHz宽度。动态性能决定调制信号的频谱纯度,手册给出的典型值如下。

邻道泄漏比对应高阶调制下的邻频干扰余量,是发射通道能否承载LTE与WiMAX多载波的判据之一。线性度方面,微分非线性典型值±2.5LSB,积分非线性典型值±3.5LSB。增益误差与失调误差的典型值分别为满量程的±2%与±0.005%。满量程输出电流支持编程调节,手册特性栏给出的范围为8.7mA至31.7mA,对应25Ω至50Ω负载,可与变压器或差分运放直接匹配。
时钟、功耗与封装
时钟单元集成高性能低噪声锁相环时钟倍频器,外部只需提供参考时钟。时钟路径缩短之后,外部分立器件引入的附加抖动相应减少,时钟树的布线与器件数量同时收敛。全速1GSPS下的总功耗为1.0W,500MSPS时降至600mW。有源天线单元的每通道功耗预算有限,单通道功耗会直接叠加到整机的散热面积上。供电为1.8V与3.3V双电源。封装为TQFP100,本体尺寸14mm×14mm,工作温度范围为−40℃至+85℃。

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