EO_450

DIGITAL

DDC

- ELETTRONICA OGGI 450 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2015

Conversione digitale in banda

base: un approccio innovativo

convertitori analogico-digitali a larga banda di tipo

GSPS (Gigasample-Per-Second) offrono numerosi van-

taggi in termini di prestazioni nei sistemi di acquisizione

ad alta velocità. Questi ADC forniscono un ampio spettro

di frequenze di visibilità su un esteso intervallo di valori

di velocità di campionamento e di larghezze di banda in

ingresso. Tuttavia, mentre alcune applicazioni richiedono

interfacce a larga banda in ingresso, altre richiedono la

capacità di filtrare e agganciare una banda più stretta

dello spettro. Per un ADC può risultare intrinsecamente

inefficiente campionare, elaborare e consumare potenza

per trasmettere su uno spettro a larga banda, quando l’ap-

plicazione richiede solo una banda stretta. Per decimare

e filtrare i dati a banda larga da utilizzare una successiva

elaborazione, l’uso di un banco di grandi dimensioni di

transceiver veloci presenti all’interno di un FPGA di Xilinx

può creare un onere inutile. Tali transceiver possono invece

essere meglio allocati per ricevere la banda più ristretta di

interesse e canalizzare i dati provenienti da più ADC. Può

essere effettuato un ulteriore filtraggio all’interno del cana-

lizzatore a banco di filtri polifase dell’FPGA per applicazioni

multiplate a divisione di frequenza (FDM). Con gli ADC

GSPS ad alte prestazioni è possibile spostare la conver-

sione DDC (Digital Down Conversion) sempre più all’inizio

della catena del segnale, integrandola all’interno dell’ADC

nel caso di una soluzione progettuale basata su FPGA di

Xilinx. Un simile approccio offre numerose nuove opzioni

di progetto per tutti coloro che sviluppano architetture di

sistemi ad alta velocità. Tuttavia, dato che questa funzione

è relativamente nuova per un ADC, vi sono degli aspetti

legati alla progettazione che gli ingegneri devono affronta-

re nell’utilizzo dei blocchi DDC all’interno degli ADC GSPS.

Decimazione: concetti base

Nella sua definizione più semplice, la decimazione è il meto-

do per osservare solo un sotto-insieme periodico dei cam-

pioni in uscita dall’ADC, ignorando il resto. Il risultato è una

riduzione della velocità di campionamento dell’ADC attraver-

so il sottocampionamento. Per esempio, una modalità “deci-

mazione per M” nell’uscita dell’ADC produce solo i primi M

campioni, scartando tutti gli altri campioni compresi nell’in-

tervallo. Il processo prosegue in corrispondenza di ogni mul-

tiplo di M. La decimazione dei campioni da sola riduce in

modo semplice la velocità di campionamento dell’ADC che

si comporta alla stregua di un filtro passa basso. Senza la

traslazione di frequenza e il filtraggio digitale, la decimazione

avrà l’effetto di “ripiegare” (folding) le armoniche della fon-

damentale e altri segnali spuri una sopra l’altra nel dominio

della frequenza.

Il ruolo della DDC

Mentre la decimazione in sé non impedisce il ripiegamento

dei segnali fuori banda, la DDC lo rende possibile. Per ot-

tenere il massimo vantaggio in termini di prestazioni dalle

conversioni DDC, il progetto deve anche contenere un com-

ponente di tipo “filter & mixer” come ausilio alla decimazio-

ne. Il filtraggio digitale rimuove efficacemente il rumore fuo-

ri banda dalla banda strettamente definita determinata dal

rapporto di decimazione. La tipica realizzazione di un filtro

digitale per una conversione DDC è il filtro di tipo FIR (Finite

Impulse Response). I risultati di questo filtraggio sono relati-

Ian Beavers

Contributiong technical expert

Analog Devices

I convertitori ADC di tipo GSPS ad alte prestazioni

consentono di integrare la funzione di conversione

digitale in banda base (DDC) in una soluzione

progettuale basata su FPGA di Xilinx