突破通信性能瓶颈:芯动神州多通道接收机方案解析

Release time:2025-12-17
author:AMEYA360
source:芯动神州
reading:470

  随着近年来,5G-Advanced、毫米波雷达、星基导航等高性能通信需求快速增长,系统架构正从传统单通道向大规模多通道加速跃迁。而多通道系统并非通道数量的简单叠加,它背后牵涉复杂的时钟同步、数据一致性、模拟链路线性度等系统级挑战。芯动神州作为国产高性能模拟与数模芯片提供商,正从“芯”出发,为行业构建稳定、高精度、低功耗的多通道接收系统解决方案。

突破通信性能瓶颈:芯动神州多通道接收机方案解析

  应用驱动:为什么我们越来越依赖“多通道”?

  在实际应用中,多通道系统带来的性能增益几乎是线性可见的:

突破通信性能瓶颈:芯动神州多通道接收机方案解析

  场景多通道效益

  雷达波束成形精度提升3倍以上,抑制旁瓣能力增强

  5GMassiveMIMO用户容量翻倍,空分复用效率倍增

  射电天文、GNSS提高信噪比,增强弱信号捕获能力

  但随之而来的,是系统复杂度与成本的显著提升。工程师不仅要关注信号链的质量,还需确保多通道间的时序一致性、相位同步、热漂补偿与功耗管理。

  架构设计:从底层芯片出发构建可控的多通道系统

  1.接收端核心器件:ADCP416/414-125高性能ADC

  16/14位分辨率,125MSPS采样速率

  极低非线性失真,适配射频直采与中频下变频方案

  支持并行采集模式,适合大规模阵列信号接收

  芯动神州ADCP416/414-125凭借优异的动态范围与低噪声特性,为多通道接收链提供清晰干净的“第一站”。

  2.发射链关键器件:DAC2169-1000,支持IQ复调与插值

  双通道、16位、最高1GSPS采样率

  内置插值、复调、数字上变频、数字反Sinc滤波

  典型功耗仅1W(@1GSPS),适合发射端大规模部署

  无论用于直接数字频率合成,还是IQ调制输出,DAC2169-1000都能以低功耗、高一致性输出高质量模拟信号。

  3.轻量级高速数模转换器件:DAC114-1000

  14位、1GSPS采样率

  支持中频输出,适合SDR应用与低功耗终端

  接口灵活,适配多种FPGA/SoC平台

  DAC114-1000是满足高采样、高速转换需求的性价比之选,广泛适用于LTE、点对点通信等前端发送链路。

  系统痛点:一致性和同步,如何稳住多通道系统?

  多通道系统的真正难点,不在于“通道数量”,而在于“通道一致性”。当系统规模扩展到64、128甚至256通道时,哪怕微小的偏差——1度相位漂移、0.5dB的幅度波动——都可能导致波束偏移、通信链路干扰增强、雷达虚警上升等一系列系统级问题。

  该多通道方案以全链路一致性控制为核心理念,从模拟采样、数字处理到模拟输出,每一步都围绕“稳定”与“同步”构建:

  采样端,ADCP416/414-125提供16/14位高精度与低噪声输入能力,其稳定的时钟对齐和低通道间失配特性,为前端接收提供一致的数据起点。多通道ADC并行采样时,其亚皮秒级同步性能确保了时域和相位之间的严密耦合。

  输出端,DAC114-1000与DAC2169-1000分别针对不同发射场景设计:前者具备高速中频输出能力,适用于轻量化SDR系统;后者则面向复杂发射结构,集成复调、插值、数字上变频等功能,通过内置辅助DAC调节输出电平和热漂,保障在高温、高通道密度环境下仍能维持良好的幅相一致性。

  此外,用户可通过整套软件校准机制,包括出厂S参数标定、在线导频校正和AI误差建模补偿,使系统即便在运行过程中因环境变化产生偏差,也能动态自恢复,持续保持系统协同。

  通过上述软硬件协同设计,有效解决了大规模接收系统中最关键的“协同难题”,构建起一个从ADC采样到DAC输出全链路同步、全温域稳定、全过程可控的多通道技术基座。

  未来趋势:从芯片到系统,国产方案如何领跑多通道演进?

  在高集成度与低功耗方向,DAC2169-1000采用成熟的CMOS工艺集成双通道16位1GSPS输出,在不到1W功耗下实现完整的数字调制链路,适用于大规模相控阵和多通道发射系统;而DAC114-1000则提供更轻量化的高速中频解决方案,为便携式通信终端与微型雷达阵列提供理想选择。

  在前端采样环节,ADCP416/414-125提供高线性、高精度的16位采样能力,为下一代超宽带接收系统(如6G、低轨星座等)奠定数据基础。其优化的采样时钟和多通道一致性设计,也为未来多路并采、分布式接收系统提供可靠支撑。

  结尾语,任重而道远

  多通道系统设计正走在从“功能完成”向“性能极限”的升级路上。芯动神州以ADCP416/414-125、DAC114-1000、DAC2169-1000为基础,为产业提供了一套真正意义上的国产化、工程化、系统化的多通道接收发射解决方案。


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医疗电子芯方案 | 让便携超声“看”得更清、用得更久:芯动神州ADCP216赋能高端医疗影像
  在医疗器械小型化的浪潮下,超声设备正从庞大的“影像科重器”变为医生手中的“视诊器”。然而,对于便携式超声(POCUS)和手持式超声探头的设计者来说,始终面临一个两难的抉择:是追求媲美台式机的高画质,还是保全设备的电池续航与散热?  今天,我们将深入探讨一款能够打破这一平衡僵局的16位双通道 ADC— ADCP216,看它如何成为高端便携医疗影像系统的核心引擎。  痛点一:如何在方寸之间捕捉微小病灶?  核心解法:16位高分辨率+79dBFS信噪比  医疗超声成像的本质是对回波信号的精确捕捉。在便携设备中,由于探头功率受限,回波信号往往非常微弱。如果ADC的信噪比不够,细微的组织病变信息就会淹没在底噪中。  ADCP216专为解决这一问题而生:  ·真16-bit精度:ADCP216是一款双通道、16位分辨率的ADC 。相比于传统的12位或14位方案,它能提供更细腻的量化层级,不仅能看清轮廓,更能看清纹理。  ·极致的动态范围:在125MSPS采样率下,ADCP216的信噪比(SNR)高达79dBFS(Fin=10MHz),无杂散动态范围(SFDR)达到99dBc。  这意味着,即使在复杂的深部组织探测中,ADCP216也能如同“显微镜”一般,从噪声中提取出纯净的图像信号,为医生提供临床级的诊断依据。  痛点二:高发热与“续航焦虑”  核心解法:730mW超低功耗设计  手持式超声设备通常由电池供电,且内部空间狭小,散热是巨大的挑战。传统的高速高精度ADC往往是“电老虎”,不仅缩短续航,产生的热量还会导致设备手柄发烫,影响医生操作手感。  ADCP216在功耗控制上做到了行业领先:  ·低功耗运行:在125MSPS的全速运行模式下,其正弦波输入功耗仅为730mW。  ·1.8V单电源供电:模拟和数字输出驱动均采用1.8V供电,进一步降低了系统整体能耗。  更低的功耗意味着您可以设计出更轻薄、续航更久的产品,或者在同等电池容量下支持更复杂的波束合成算法。  痛点三:研发周期与供应链安全  核心解法:Pin-to-Pin兼容AD9268,无缝替代  对于已经拥有成熟产品的医疗器械厂商,重新设计PCB意味着漫长的验证周期和昂贵的注册成本。  ADCP216充分考虑了这一点:  ·完全兼容:它采用了QFN-64封装(9mm×9mm),在引脚定义和封装尺AD9268实现Pin-to-Pin兼容。  ·灵活接口: 支持1.8V CMOS或LVDS输出模式 ,数据格式支持偏移二进制、格雷码或二进制补码 ,无缝对接现有的FPGA逻辑。  您可以直接在现有方案上进行替换测试,以最小的研发投入,实现核心器件的国产化与性能升级。  总结:专为医疗影像打造的“芯”脏  ADCP216凭借16位高精度、125MSPS高采样率以及730mW低功耗的黄金组合,完美契合了便携式医疗成像和超声设备的严苛需求。  它不仅让便携设备拥有了“台式机”般的眼力,更让医生告别了续航焦虑。  典型应用场景:  ·手持式/便携式彩色多普勒超声系统  ·高端推车式超声设备  ·便携式医疗成像仪  ·数字化X光探测器前端
2026-02-03 13:55 reading:181
国产芯动力 | 芯动神州ADSD1278在超多通道地震勘探系统中的应用
  在能源勘探与地质灾害预警领域,地震波探测技术是揭开地层秘密的关键。为了获取高分辨率的地质成像,勘探系统往往需要成百上千个传感器同步采集极其微弱的机械波信号。  芯动神州推出的ADSD1278,24位模数转换器(ADC),凭借其8通道同步采样能力、卓越的噪声控制以及高效的级联架构,为新一代国产化地震数据采集系统提供了核心支撑 。  勘探系统的三大核心诉求  极宽的动态范围:地层反射的机械波信号极其微弱,且常伴随复杂的背景噪声。ADSD1278在高分辨率模式下信噪比(SNR)高达110dB,能够捕捉深层地质反馈的细微信号 。  绝对的同步一致性:地震成像依赖于多通道信号的到达时间差。ADSD1278确保8通道间同步采样,孔径误差极低,消除了通道间的相位漂移 。  超大规模通道扩展:勘探阵列通常涉及大量采集单元。ADSD1278支持菊花链(Daisy-Chain)技术,允许将多个芯片串联从单一管脚输出数据,显著降低了布线复杂度和处理器压力 。  ADSD1278技术优势解析  24位精密采集:提供超高分辨率,带内纹波小于0.005dB,确保地震波形还原的高度真实性 。  温漂表现优异:地震勘探常在极寒或酷热的野外进行。ADSD1278的直流温漂仅0.8μV/°C,在-40℃~85℃的工业温区内保持极高的测量精度 。  低功耗设计:野外设备多采用电池供电 。在低速模式下,ADSD1278每通道功耗仅为7.5mW,有效延长了勘探设备在恶劣环境下的作业时长。  完美的国产化升级路径  对于现有的地震勘探设备,ADSD1278提供了零成本迁移方案:  Pin-to-Pin兼容:完全兼容国际标杆芯片TI ADS1278,封装与引脚定义一致,硬件 PCB无需改动即可实现国产化替换 。  配置简单:所有操作通过硬件管脚直接控制,无需寄存器编程,极大提升了野外采集系统的稳定性,降低了软件冗余带来的风险。  结语  芯动神州ADSD1278凭借其在高精度采样与大规模级联方面的独特优势,正成为国产地震勘探装备迈向高性能、自主可控的核心引擎。助力中国能源安全,从精准捕捉每一束地心波信号开始。
2026-02-03 13:53 reading:192
芯动神州发布ADSD1299,助攻穿戴式脑电采集系统
  基于芯动神州ADSD1299设计的可穿戴式脑电采集前端,具有采集精度高、体积小、功耗低、抗干扰性强等特点。采用ADSD1299内部集成的可编程放大器(PGA)实现微弱信号的放大。为了消除干扰,使用限幅滤波预处理电路和ADSD1299内部集成的偏置驱动放大器。实验测试表明,该脑电采集前端设计能较好地把微弱的脑电信号提取出来,并且具有较好的抗干扰能力和实用价值。  脑电图(EEG)是由大脑神经元活动产生的电位合成,它包含了丰富的大脑活动信息。脑电图在脑部疾病的医学诊断、功能恢复、疲劳驾驶的脑电活动监测、脑-机接口(BCI)以及其他脑科学研究中都有广泛应用。对于脑电信号的研究离不开脑电信号的采集,而脑电信号的采集则依赖于脑电采集系统。传统的脑电采集系统虽然能够在采集精度上满足医疗和研究的需求,但其体积大、操作复杂、功耗高等缺点限制了其应用范围。因此,设计出一种体积小、功耗低、操作方便的脑电信号采集系统具有重大的实际意义和应用价值。由于脑电信号极其微弱,加上人体阻抗的特性、外部和内部的干扰等因素,传统的脑电采集系统需要通过复杂的放大滤波电路设计来满足脑电信号采集的需求。然而,这样的设计会导致电路板体积过大、功耗高,不利于实现采集系统的便携化。  ▲芯动神州推出的专门用于脑电信号采集的模数转换芯片ADSD1299,以高精度、便携式、低功耗的脑电采集系统研制为背景,采用该款芯片作为核心器件设计出可穿戴式脑电信号采集系统前端。  可穿戴式脑电采集系统设计方案  图1 穿戴式脑电采集系统框图  ▲可穿戴式脑电信号采集设备由若干部分组成,包括脑电导联接口、ADSD1299集成模拟采集前端、核心板控制模块、BLE蓝牙模块、电源模块和上位机部分组成,如图1所示。  ▲该系统是一个低功耗的嵌入式处理系统,核心板控制模块通过低功耗蓝牙BLE模块与上位机进行通信,根据上位机的指令控制ADSD1299进行脑电信号的模数转换,并将转换后的脑电信号数据通过蓝牙发送到上位机。该系统解决了传统脑电采集系统在时间和空间上的局限性,满足了脑电采集所需要的便携式、可移动、低功耗以及实时性等特点。该系统中模拟前端部分是保障系统整体性能的关键,芯动神州的ADSD1299为核心器件,其具有如下突出的特性:  具有8个低噪声可编程放大器(PGA,放大倍数1~24倍可调)与8个同步采样模/数转换器(ADC),模/数转换速率介于250 S/s~16 kS/s之间,不超过8 kS/s时其精度为24 bit。  每个通道的功耗仅有5 mW,共模抑制比(CMRR)高达-110 dB,直流输入阻抗高达1 000 MΩ。  内置偏置驱动放大器和持续断电检测(LEAD-OFFDetection)功能。  这些特性保证了加入很少的元器件即可搭建脑电信号模拟采集前端。  ADSD1299内部结构描述  ▲ADSD1299的输入端采用差分方式输入,每个输入端都集成有EMI滤波器,能有效地抑制外部射频干扰。此外,它具有灵活的路由交换器(MUX),可以将任何输入连接到放大器(PGA)的输入端。同时,它还集成有持续断电检测(Lead Off)电路,可以随时监测电极是否断开。内部集成了8路并行的PGA和ADC,可以提供很高的采集转换精度。内部还集成有偏置驱动放大器,可以有效抑制共模干扰噪声。采用SPI串行通信方式设置内部控制用寄存器并输出数字信号,当芯片完成一次采集时,芯片会拉低引脚来通知处理器可以通过SPI读取数据。  集成模拟前端脑电检测电路设计  ▲脑电检测电路基于芯动神州公司推出的集成模拟前端芯片ADSD1299进行设计。ADSD1299内部器件噪声低于1uV,并且具备脑电采集所需的全部常用功能。并且以通道正常运行时消耗 5 mW 的低功耗特性和高集成度特点,能够大幅度缩小板级空间,显著降低整体成本,构建可扩展的脑电采集系统。针对脑电信号微弱(0.5 uV~100 uV)的特性,传统的采集前端通常由模拟抗混滤波器、多级放大电路和陷波电路等来提高信号的信噪比,这也是导致其体积大,不利于实现便携式设计的主要原因。  图2 前端电路设计结构框图  ▲由于ADSD1299在采样频率不超过8 kHz时模数转换精度达到24位,再结合其集成的具有高共模抑制比的差分输入可编程增益放大器(PGA),在前端设计的模拟侧只保留了抗混滤波电路。而基线漂移、陷波等处理根据应用需要在数字侧实现,而且基于过采样技术采用二阶无源RC滤波电路实现抗混滤波,大大简化前端电路设计。其设计结构框图如图2所示。  ▲ADSD1299为差分输入,其共模抑制比(CMRR)高达-110 dB,且其直流输入阻抗高达1 000 MΩ,再配合闭环偏置驱动电路设计,能够很好地保证系统的抗干扰要求;ADSD1299内部含有8个低噪声的可编程增益放大器(PGA)和8个同步采样模/数转换器(ADC),A/D转换精度高达24 bit,当VREF=4.5 V时其信号电压的分辨率为:  VLSB=VREF /(223-1)=0.536uV  如果再将PGA可编程增益控制考虑进去则其信号电压分辨率可以达到0.053 6 uV。  预处理电路设计  图3 信号预处理电路  由于脑电信号频率只有0.5~100 Hz,实验分析的有效范围一般在0.5~30 Hz,在模数转换前必须经过低通抗混滤波的预处理。我们针对每个通道设计了预处理电路,如图3所示, 该电路由二阶无源RC低通滤波和限幅电路组成。  基准电压电路  对于ADC的基准电压选择,既可以选择内部基准电压,也可以选择外部基准电压。为了减小电路规模,使用ADSD1299内部基准电压VREF=4.5V,详细资料请查看数据手册。基准电压是将VREFN与AVSS连接起来并加上限频电容由AVSS产生的,限频电容的作用是使基准电压的输入噪声不会对系统产生干扰,使得频率带宽至少限制在10 Hz以内。  偏置驱动电路  A=2 * ZF/RCM  其中,ZF为:  ZF=RF/(1+s*RF-CF)  通过右腿驱动电路设计可以进一步抑制脑电信号的共模噪声。利用ADSD1299内置的偏置驱动放大器加上很少的元器件就可以设计出偏置驱动电路,详细电路请参考数据手册。这个电路是由ADSD1299内置偏置驱动放大器以及外围的REXT、CEXT组成。REXT为反馈电阻。反馈电容CEXT的作用是进行相位补偿,用来防止自激。选择BIAS AMP运放的正参考端BIASREF为(AVDD+AVSS)/2即系统地AGND,能够形成一个闭环回路结构。该闭环回路电路实际上就是一个对消驱动电路,共模信号通过该反馈电路可以在人体上产生一个极性相反的共模信号,将共模干扰噪声限制在一个很窄的范围内,该范围大小取决于该环路的增益A:  系统软件设计  图4 系统软件流程图  该系统主要通过低功耗MCU控制器编程实现,图4为系统的软件程序流程图,设备上电以后,主程序对系统时钟、外设模块所需的GPIO端口、UART、SPI接口进行初始化设置,设置脑电数据包格式,并对数据包进行初始化。初始化完成后开始校验ADSD1299是否工作正常,ID正确后对ADSD1299进行初始化配置,包括ADSD1299的内部功能寄存器和时钟源配置等;以上配置完成后则开启全局中断,发送开始连续读数据操作指令;中断产生则通过SPI连续读取8通道脑电数据;通过串口将数据发送给蓝牙模块,蓝牙模块进行无线数据传输发送给 PC 端上位机进行接收。  ADSD1299芯片设计优势  EEG信号采集是一种强噪声背景下的微弱信号的采集,这对于EEG信号的采集前端电路设计提出了很高的技术要求。利用芯动神州的ADSD1299芯片内部集成的各种特有EEG功能可以大幅简化采集前端设计的电路规模。为设计出新一代的便携式、低功耗、高性能的实时穿戴式脑电采集系统提供了有力的技术支持。
2026-01-29 15:11 reading:371
DAC重磅新品,芯动神州发布DAC2167LFP-250高速DAC芯片
  芯片设计公司芯动神州微电子最新推出了一款高速数模转换芯片DAC2167LFP-250。该款芯片为双通道DAC芯片,分辨率为16bit,最高采样率达250MSPS。该芯片具有低噪声、低杂散、低交调失真的特点,并允许输出超过奈奎斯特频率的信号。由于该芯片具有高速、高精度和功能灵活等特性,在多个领域具有广泛的应用。  DAC2167LFP-250优势和特点:  高动态范围、双DAC  低噪声与交调失真  单载波W-CDMA ACLR = 80 dBc (61.55 MHz)  创新的开关输出级,允许使用超过奈奎斯特频率的输出频率  包含双端口的LVCMOS输入或选择交叉存取单端口工作  差分模拟电流输出可以在8.6 mA~31.7 mA满量程范围内编程  辅助10-bit电流DAC具有灌电流/拉电流能力,可以用于外部失调零点  内置1.2 V精密参考电压源  工作电源:1.8 V~3.3 V  功耗:320 mW  小尺寸、无铅、72引脚QFN封装  DAC2167LFP-250产品设计亮点  DAC2167LFP-250是一款高动态范围、双通道的数模转换器(DAC),具有16位分辨率,采样速率最高可达250 MSPS。具有适合直接变频发射应用的特性,其中包括增益与失调补偿,而且能够与模拟正交调制器无缝连接。  特有的动态输出架构通过将能量从基频转向镜像频率,能实现超出奈奎斯特区域的模拟输出信号的合成。  通过串行接口(SPI)端口提供完全可编程性。此外,该芯片提供了某些引脚可编程特性,在没有控制器时也同样可以应用。  低噪声与交调失真(IMD)可以实现宽信号的高质量合成  特有的开关输出能改善动态性能  可编程电流输出与辅助DAC提供灵活性与增强系统性能  DAC2167LFP-250应用领域  通信设备:DAC2167LFP-250可用于光通信、无线基站和卫星通信等领域,将数字信号转换为模拟信号,实现数据传输和通信功能。  广播和音频设备:DAC2167LFP-250可用于广播系统和音频设备中,将数字音频信号转换为模拟信号,实现音频播放和处理功能。  测试和测量仪器:DAC2167LFP-250在测试设备和测量仪器中广泛应用,用于产生精确的模拟信号,以进行信号分析、频谱测量和波形生成等任务。  医疗设备:DAC2167LFP-250可用于医疗成像设备、超声设备和生物传感器中,将数字数据转换为模拟信号,实现医学图像显示和诊断功能。  工业自动化:DAC2167LFP-250适用于工业自动化系统中,用于控制和监测设备,实现精确的模拟输出。  雷达和导航系统:DAC2167LFP-250可用于雷达和导航系统中,将数字信号转换为模拟信号,实现目标探测和位置跟踪等功能。  以上列举了DAC2167LFP-250的一些应用示例,该芯片还可以在其他需要高速数模转换功能的领域中使用。具体开发何种产品取决于应用需求和设计人员的创意。
2026-01-29 15:07 reading:278
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