Быстрый АЦП убирает из SDR второй гетеродин, но не фильтры
Радиоэфир в приёмнике РЭБ или многодиапазонного радара сначала приходится приручать железом: разбивать диапазон, выбирать полосу, переносить её смесителями, отсеивать зеркальные каналы. Иначе быстрый АЦП получает вместе с нужной передачей десятки сильных соседей и сам превращает их в ложные спектральные линии. Идея high-IF sampling меняет точку, в которой заканчивается аналоговая часть: после первого преобразования ПЧ остаётся настолько высокой, что её можно дискретизировать напрямую.
Высокая ПЧ освобождает место в тракте
В архитектурном разборе Analog Devices 2022 года такой ход рассматривается для обзорного приёмника порядка 500 МГц–18+ ГГц. АЦП AD9082 содержит два 12-битных канала до 6 GSPS и аналоговую входную полосу до 8 ГГц. При Fs = 6 GSPS первая зона Найквиста заканчивается на 3 ГГц; сигнал в следующей зоне попадает в цифровой спектр с инверсией. Цифровой понижающий преобразователь, NCO и программируемый FIR внутри MxFE выбирают требуемый кусок спектра и снижают поток до того, как он уйдёт по JESD204 в FPGA. Внешняя логика получает уже канал, а не шесть миллиардов отсчётов в секунду сырого эфира.
Высокая ПЧ освобождает место в тракте
Фильтр ловит интермодуляцию до рождения
Выигрыш выглядит особенно красиво там, где приёмнику нужна мгновенная широкая полоса и быстрое переключение между участками спектра. Один смеситель перед АЦП проще согласовать по площади, питанию, управлению и фазовой когерентности нескольких каналов, чем два. Внутренние DDC и фильтрация также сокращают объём FPGA-обработки. Однако частота дискретизации не создаёт непрерывный коридор сама по себе: у плана 6 GSPS есть зазор примерно 2.7–3.3 ГГц возле границы зон Найквиста. Его приходится обходить настройкой первого гетеродина и фильтров.
Фильтр ловит интермодуляцию до рождения
Почему широкая полоса всё ещё требует RF-инженерии
Самый жёсткий компромисс находится ещё раньше, у антенного входа. Два мощных внеполосных блокера способны породить на нелинейности тракта составляющие F2−F1 или F2+F1, совпадающие с полезной полосой. После появления такого IMD2-продукта цифровая обработка уже не отличит его от настоящего сигнала. Поэтому перед смесителем нужен перестраиваемый sub-octave preselector: он ограничивает спектр, который разрешено увидеть усилителю, смесителю и track-and-hold АЦП. В документации ADI для приёмника 2–24 ГГц такой BPF заменяет громоздкие банки коммутируемых фильтров, но сам тракт всё равно сохраняет смесители.
Это важная поправка к образу «прямого RF-sampling». Практический 2–24-ГГц reference design переводит верхние участки диапазона к ПЧ 4–5 ГГц, а для непрерывного покрытия использует несколько путей преобразования. Заявленная мгновенная полоса там достигает 1 ГГц, при этом часть каскадных параметров опубликована как результаты моделирования. Статья также рисует перспективный план с 18-GSPS АЦП и покрытием до 44 ГГц через тюнеры; 12-битный 18-GSPS RF-sampling АЦП действительно был показан в ISSCC, но законченный измеренный EW-приёмник с таким диапазоном публикация не демонстрирует.
Инженерная ценность этой схемы в другом: АЦП на высокой ПЧ позволяет удалить один каскад из привычной лестницы супергетеродина, однако переносит требования к селектору, линейности входа, фазовому шуму первого LO и плану зон Найквиста на предельный уровень. Широкополосный SDR здесь строится вокруг фильтра, который вовремя говорит эфиру «дальше не проходить».