連續時間積分三角(CTDS)類比數位轉換器(ADC)是使用於音訊系統、手機，以及行動電子裝置的架構首選。此ADC架構能夠實現高效率整合、訊號鏈縮減、低功耗及其他優點。雖然在高動態範圍與功率消耗是主要需求的情況下，CTDS ADC的性能超越其他等級的ADC，然而其他類型的ADC已經成為蜂巢式通訊基礎架構系統的主流選擇，此乃歸功於能夠轉換極低波段類比輸入訊號的能力。
亞德諾(ADI)發表的最新技術突破，目前正在促使CTDS ADC能夠將寬頻訊號以非常高的頻率數位化。此技術不僅克服以往的限制，同時也實現由CTDS ADC所帶來的顯著系統層級優點--在更廣大波段系統中亦然，並使它們普遍存在於較低頻率的應用中。
本文所介紹是這類型創新的一種實現方案。特別是類比前端，包括其核心的寬頻CTDS帶通ADC(用來將通訊與儀器系統中高頻率訊號予以數位化與降頻轉換)都將會加以討論。嵌入式帶通ADC不需要外部的抗鋸齒濾波器及驅動放大器/緩衝器，此將大幅的減少訊號鏈的元件數量、功率消耗，並且放寬其整體規格。此外，晶片內建的可編程數位濾波器與降頻轉換也都加以整合，為設計者提供完整而且易於使用的解決方案。
CTDS解決多數系統層級問題
CTDS ADC成為廣泛應用領域中，類比數位轉換架構的首選已有許多年，此乃因為其具有許多優於其他類型ADC優點，包括更易於整合及低功耗等，但同時更重要的是使用CTDS可以解決許多顯著的系統層級問題。
由於大量的技術方面缺點，以往在使用CTDS時一直受限於相對較低的頻率/頻寬、較低的動態範圍。因此，截至目前為止，高性能耐奎斯特速率轉換器，已經成為高性能/高頻率數位化應用裝置的主流解決方案。
然而，目前新技術已經克服許多主要限制。因此，製作以CTDS為基礎的高速ADC能夠更顯著實現更高性能規格、在強大干擾出現時的穩定度、可編程的頻率響應，進而成為蜂巢式基礎架構系統中，大量重要訊號處理問題的解決方案，以及值得選擇的高性能儀器應用。
為更進一步了解，假設有一組使用於通訊系統的外差式接收器訊號鏈，使用主流切換式電容器耐奎斯特速率的傳統架構，高速ADC描繪如圖1(a)。於此，由混頻器所生成的中頻(IF)訊號必須要加以緩衝，而且可能要利用驅動放大器予以放大。耐奎斯特ADC也需要一組抗鋸齒濾波器(AAF)，有時候是以一組表面聲波(SAW)濾波器或是多極離散式SM濾波器來加以執行。最後，所需要的IF無線電訊號就會到達ADC，以高取樣速率fs(以顯著大於中央/IF頻率的fs/2)記錄時間，其輸出會由通訊數位ASIC做進一步的處理(濾波以及降頻轉換至基頻帶)。
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| 圖1 使用於通訊系統的典型外差式接收器訊號鏈，分別為使用(a)具有耐奎斯特速率切換式電容器ADC傳統架構，以及(b)連續時間積分三角ADC予以執行。 |
當使用如圖1(b)中所示的CTDS時，相同的處理鏈會有明顯的簡化。由於CTDS具有電阻輸入，因此可以由混頻器直接加以驅動，而且不需要驅動放大器。此外，CTDS的內部核心包含有一組可以背景執行AAF功能的CT類比濾波器，因而能夠不須要輸入SAWSMD離散式濾波器。再者，CTDS可以具備帶通濾波器的頻率特性(圖2)能夠調整至所需IF輸入頻率的中央，並且具有顯著的波段外衰減。這種通帶會被加以超取樣、數位化，而且會以數位方式銳減並降頻轉換至基頻帶，然後以相較於圖1(a)當中低許多資料速率提供給數位ASIC。
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| 圖2 ADI AD6676功能方塊圖 |
上述的系統層級位準簡化是CTDS與其他高速ADC架構之間的基礎架構差異，所造成的直接結果。
CTDS ADC兼顧功耗尺寸
經過如此簡化後的額外優點是相當豐富的。在圖1(a)當中，驅動放大器可能會消耗掉相當於ADC本身的功率，進而衝擊到訊號鏈的總體雜訊係數，此圖當中的AAF可能無法輕易的加以整合。另外，新的濾波器必須要針對中頻(IF)以及頻率計畫，與特定訊號鏈執行方案的每個選擇進行適當的挑選。有經驗的系統設計者知道濾波器的執行往往可能會非常的耗費時間，因為挑選具有相同濾波器功能的不同元件，可能會因為與耐奎斯特ADC前端取樣電路的非線性相互作用，而導致全然不同的線性度性能。
相對的，在圖1(b)當中移除AAF濾波器並且以CTDS的良性電阻輸入取代前端取樣電路，濾波的功能由CTDS加以執行，而其頻率特性已經透過ADI的技術製做為數位可編程的型態。因此，使用於多重訊號鏈當中極為相似的CTDS可以互換，並以數位方式調整至所需要的頻率與頻寬，大幅簡化與加速整體平台開發程序，對於相同的功能與性能而言，無庸置疑的是圖1(b)當中的訊號鏈具有比圖1(a)更低的功率消耗與較小的尺寸。
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| 圖1 使用於通訊系統的典型外差式接收器訊號鏈，分別為使用(a)具有耐奎斯特速率切換式電容器ADC傳統架構，以及(b)連續時間積分三角ADC予以執行。 |
AD6676即為此項技術的典型範例(圖2)，此為一套嵌入一組具有非常高的瞬間動態範圍與數位濾波和降頻轉換功能、自動增益控制支援、整合式時脈合成器，以及JESD204B串連輸出介面的可調節式帶通CTDS的整合式IF數位子系統。通帶的中頻可以在70M、450MHz之間以數位方式調整，而其頻寬也可以用不同的帶內雜訊光譜密度進行編程，使介於20M、160MHz之間。
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| 圖2 ADI AD6676功能方塊圖 |
該元件的性能就如同資料表中所載，非常適合使用於各種寬頻蜂巢式基礎架構設備與轉發器、點對點微波設備、頻譜分析儀、通訊儀器，以及許多其他的功能。
CTDS為軟體無線電應用提供強大解決方案
重要訊號鏈的簡化與性能的最佳化，以及更高的系統設計彈性和降低開發所需投入的心血，在使用連續時間積分三角ADC之後都能夠加以實現。受惠於大量新近IC技術的突破，CTDS目前也能夠符合許多通訊基礎架構與儀器系統的嚴苛ADC高動態性能需求，同時在強大的帶內與帶外干擾出現時維持穩定的運作。
內嵌帶通CTDS高速轉換器具有可編程中頻與頻寬，並結合數位降頻轉換和濾波後級處理的後端級，以及其他整合式功能的中頻子系統，能夠為軟體無線電應用裝置提供非常彈性化而且強大的解決方案。此外，它也可以使整體的系統層級降低，提高彈性，並且透過進一步消除大量額外的訊號調節區塊，而非採用主流ADC技術以實現訊號鏈的最佳化。
(本文作者為亞德諾半導體高速資料轉換器工程總監)