2 什么是跳频？

在现代通信系统（如 Wi-Fi® 6 和 7 或正交振幅调制 (QAM) 编码信号）中，频谱本质上是多频带，也就是说射频 (RF) 域在每个频带内包含多个通道。例如，Wi-Fi 6 和 7 在同一频段内的多个通道上运行，以便更大程度地动态提高带宽和数据吞吐量，而 QAM 则涉及将数据编码为单个通道内的不同相位偏移和振幅级别。图 1 显示了包含 7 个 QAM 通道的示例频带。

图 1 频域中的多音调信号。

直接射频采样模数转换器 (ADC) 和数模转换器 (DAC) 结合了许多数字特性。实现直接射频采样的最重要特性之一是 ADC 中的数字下变频器 (DDC) 和 DAC 中的数字上变频器 (DUC)。

在 ADC 中，DDC 由三个主要元件组成：NCO、数字混频器和抽取器块。NCO 在传统接收器信号链中用作本地振荡器的数字版器件，与输入信号混合，在基带（奈奎斯特区 1）中提供信号以及不需要的图像。抽取器块通过有限脉冲响应 (FIR) 抽取滤波器滤除图像，然后通过下采样降低信号带宽。抽取器块与中频 (IF) 滤波器具有等效的数字效果。

在 DAC 中，DUC 包含一个内插器、一个 NCO 和一个数字混频器。与 ADC 中不同，内插器对低带宽输入信号进行向上采样，然后通过 FIR 滤波器传递以抑制图像。在内插器级之后，输出信号馈送到数字混频器，与 NCO 混合，从而使 DAC 能够在具有较低输入信号带宽的宽奈奎斯特区上运行。

在射频采样转换器的给定输入上激活的 DDC 数量，决定了转换器是在单频带输出下运行还是多频带输出下运行。本文将重点介绍跳频的 ADC 内容。

图 2 展示了米6体育平台手机版_好二三四 (TI) ADC32RF55 的 DDC 示例。该器件是一款射频采样 ADC，能够以 3GSPS 的速率进行双通道、四频带运行。

图 2 ADC32RF55 的功能方框图（每个通道四个 DDC）。

通常，所需的频带可能会发生变化：同一个射频采样转换器只需调整 NCO 频率即可匹配新的频段，而无需为每个频段切换完全不同的信号链。这是现代射频采样转换器的一项主要优势。将 NCO 从一个频率更改为另一个频率的行为称为跳频。

NCO 不直接生成模拟频率，而是以高分辨率生成所需频率的数字表示。每个 NCO 接收一个数字字（通常为 48 位或更高）。与 NCO 相位累加器组合使用时，该数字字可以表示适合数字混合级的信号。在对 NCO 编程时，对应于所需 IF 的数字表示形式是编程的内容，而不是实际频率。NCO 频率范围通常在 –Fs/2 和 Fs/2 之间，其中 Fs 表示转换器的采样频率。负频率字用于偶数奈奎斯特区的信号，而正频率字用于奇数奈奎斯特区的信号。

要确定高阶 NCO 频率在基带中的位置，首要任务是在目标频率与采样率之间执行模数运算，以消除 Fs 的任意倍数。现在，目标 NCO 频率介于 0Hz 和转换器采样率 Fs 之间。

如果 NCO 频率小于奈奎斯特频率 (Fs/2)，则目标 NCO 频率将转换为奇数奈奎斯特区，如方程式 1所示：

如果计算出的 NCO 频率高于奈奎斯特频率，则该频率将位于偶数奈奎斯特区，如方程式 2 所示：

图 3显示了基频信号 (Fund) 及其二阶、三阶和四阶谐波（HD2、HD3 和 HD4）如何折回第一奈奎斯特区，尽管实际频率分量位于更高阶的奈奎斯特区。

图 3 谐波穿过高阶奈奎斯特区折叠到奈奎斯特区 1。

与传统 ADC 相比，射频采样 ADC 的一个优势是无需更改硬件即可切换频段。这种固有的灵活性使射频采样 ADC 能够快速适应新的频带，而无需增加硬件元件，从而简化了系统设计，并降低了成本。然而，这一发展不是一蹴而就的。在射频采样 ADC 的早期设计中，每个 NCO 和后续 DDC 只提供了一个 NCO 字选项。因此，跳转到另一个频率需要多次寄存器写入操作。

新 NCO 字必须通过串行外设接口 (SPI) 写入，然后再写入另一个寄存器，以便将新 NCO 字推入 DDC 块，使其实际生效。跳频所需的时间受多个因素影响，包括 NCO 字的长度和 SPI 事务速度。ADC 的寄存器大小通常限制为 8 位，因此总共需要七次寄存器写入才能更新 48 位 NCO：六次寄存器写入用于 NCO 字本身，另一次寄存器写入用于更新 DDC。

考虑到每个 SPI 事务的开销（通常是每个寄存器写入 16 位地址），事务时间将变为三倍。假设 SPI 数据流的不间断，当串行时钟信号 (SCLK) 速率为 20MHz 时，方程式 3 计算的跳频时间如下：