EO_474

58 - ELETTRONICA OGGI 474 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2018 COMM RADIO DESIGN MHz. Con un convertitore a 10GSPS, l’utilizzazione effetti- va dello spettro corrisponde a meno del 2% della banda di Nyquist. In diversi studi è dimostrato come l’efficienza energetica di un dispositivo a campionamento diretto sia circa la metà di quella di un ricevitore zero-IF. Per miglio- rare l’efficienza complessiva, il campionamento in radio- frequenza permette la possibilità di campionare più di una banda contemporaneamente. Come mostrato in figu- ra 4, per requisiti di banda non elevati, le soluzioni tradi- zionali a campionamento IF e zero-IF richiedono una po- tenza effettivamente minore rispetto al campionamento diretto. È solo quando ci si avvicina approssimativamente a raddoppiare la banda delle precedenti soluzioni che il campionamento diretto appare come una soluzione sen- sata dal punto di vista energetico. Allo stesso modo è fa- cile notare come, per sistemi a banda stretta, un’architet- tura a campionamento diretto dissipa almeno il doppio della potenza, al doppio del costo delle altre soluzioni. Negli ultimi trent’anni, la densità spettrale di rumore (NSD) è stata migliorata di circa 1 dB all’anno per quanto riguarda i dispositivi commerciali, un miglioramento leg- germente più accentuato è invece verificabile conside- rando gli articoli accademici5 (Fig. 5). Durante questo periodo, l’attenzione era concentrata sul miglioramento delle specifiche AC, tra cui banda, SNR e armoniche. Re- centemente, tuttavia, le prestazioni dei convertitori hanno raggiunto livelli soddisfacenti per la maggior parte delle applicazioni. Il focus si è di conseguenza spostato verso la diminuzione della potenza dissipata e dell’area del sili- cio, direttamente legata al costo finale del dispositivo. In figura 6, la frequenza di campionamento è rappresentata sull’asse delle ascisse, mentre sulle ordinate compaiono le cifre di merito. Con il passare del tempo sono stati svi- luppati convertitori sempre più veloci. I dispositivi che nel grafico si attestano vicino alla linea technology front tendono ad essere all’avanguardia per quanto riguarda la frequenza di campionamento e, storicamente, sono ca- ratterizzati da un’alta potenza dissipata e da basse cifre di merito (FOM). Quando si oltrepassa il technology front per una certa frequenza di campionamento, è usuale che i nuovi dispositivi a quella frequenza presentino cifre di merito migliorate, ciò si traduce in una minore potenza necessaria, minori dimensioni del die e costi ridotti, ap- procciandosi alla linea architecture front . Secondo il più recente data set di Murmann, il dispositivo AD9213 è ap- pena sotto il technology front, questo suggerisce che i futuri convertitori in questa classe presenteranno i bene- fici di cui sopra. Questa tendenza crea un interessante cambio di prospettiva. La potenza radio in front-end è dominata dalla fisica, in particolare dal trasporto della potenza dal connettore dell’antenna all’ingresso del con- vertitore e quindi non possiede l’elasticità tipica dei di- spositivi digitali, che è indicata dalla legge di Moore. Di- venta facile dunque prevedere come la potenza dissipata dai convertitori, già in diminuzione, non rappresenterà un contributo significativo, lasciando la potenza dissipata in amplificazione come contributo dominante. La stessa po- tenza persa nelle interfacce diventerà anch’essa meno Fig. 4 – Potenza vs banda relativa per architettura Fig. 6 – Cifre di merito vs frequenza di campionamento Fig. 5 – Dati storici sulla densità spettrale di rumore dei convertitori ad alta velocità