大多數字接收機對其采用的高性能模數轉換器(ADC)及模擬器件的要求都較高。例如,蜂窩基站數字接收機要求有足夠的動態(tài)范圍,以處理較大的干擾信號,從而把電平較低的有用信號解調出來。Maxim公司的15位65Msps模數轉換器MAX1418或12位65Msps模數轉換器MAX1211配以2GHz的MAX9993或900MHz的MAX9982集成混頻器,即可為接收機的兩級關鍵電路提供出色的動態(tài)特性,此外,Maxim公司的中頻(IF)數字可調增益放大器(DVGA)MAX2027和MAX2055能夠在許多系統(tǒng)中提供較高的三階輸出截點(OIP3),并滿足系統(tǒng)所需要的增益調節(jié)范圍。
蜂窩基站(BTS：基站收發(fā)器)由多個不同的硬件模塊組成,其中之一就是完成RF接收(R×)及發(fā)送(T×)功能的收發(fā)器(TR×)模塊。在老式模擬AMPS及TACSBTS中,一個收發(fā)器只能用于處理一路全雙工R×和T×RF載波,若要實現(xiàn)要求的呼叫覆蓋率就需要很多個收發(fā)器才能提供足夠的載波。如今在全球范圍內,模擬技術已被CDMA和WCDMA所取代,歐洲也已在10年前就采用了GSM。在CDMA中,多個主叫用戶使用同一個RF頻率,這樣一個收發(fā)器就可同時處理多個主叫用戶的信號。截至目前已有多種CDMA和GSM的設計方案,BTS制造商也一直致力于探索可降低成本和功耗的方法,對單載波解決方案進行優(yōu)化或開發(fā)多載波接收機就是行之有效的方案。圖1是BTS設備常用的欠采樣接收機的結構框圖。
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圖1中,Maxim的2GHzMAX9993和900MHzMAX9982混頻器可為許多設計提供所需的增益和線性度,而且具有極低的耦合噪聲,這樣就不再需要那些損耗較高的無源混頻器。MAX2027和MAX2055工作在接收機的第一、二中頻級,此兩款器件在其整個增益調節(jié)范圍內OIP3均可達到+40dBm。在圖1電路中數據轉換器采用的是MAX1418(15位、65Msps)和MAX1211(12位、65Msps),此外Maxim的數據轉換器產品還有其它采樣速率的器件,可滿足大多數設計要求。若將圖1中的第二下變頻器省去(虛線中所示),那么圖1所示電路就變成了單路下變頻器結構。
Maxim公司的低噪聲ADC：MAX1418
圖1所示的欠采樣接收機結構對ADC的噪聲和失真有著嚴格的要求。在接收機中,電平較低的有用信號單獨被數字化或同時伴隨有無用的、需要倍加關注的大幅度信號,因此要想使接收機正常工作,ADC的有效噪聲系數要按這兩種信號的極端情況(即有用信號最小、無用信號達到最大值)來計算。對于小的模擬輸入信號,ADC的噪聲基底中占支配地位的是熱噪聲和量化噪聲,決定了ADC的噪聲系數(NF)。
實際上,小信號條件下的ADC有效噪聲系數一經確定,模擬電路(RF或IF)的級聯(lián)噪聲系數也就隨之確定。ADC前級電路的最小功率增益應滿足接收電路的噪聲系數要求,通常該功率增益值以ADC過載前接收機所能容許的最大阻塞電平或最高干擾電平為上限。在BTS中,如果不采用自動增益控制(AGC),ADC的動態(tài)范圍一般無法同時滿足電路噪聲系數(接收機靈敏度)和最大阻塞兩方面的要求,AGC電路可以放在RF級或IF級電路中,也可在兩級電路中同時包含AGC電路。
MAX1418系列的其它產品對fINPUT=fCLOCK/2的基帶應用特別適用。當轉換器工作在這個頻率范圍內,采用這些基帶特性極佳的器件,將具有最佳的動態(tài)范圍。這些產品中包括針對65Msps時鐘速率的MAX1419及針對80Msps時鐘速率的MAX1427,它們的基帶SFDR(無雜散動態(tài)范圍)均可達到94.5dBc。表1所列是MAX1418的主要技術參數。
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不接LSB時,MAX1418也可以與14位接口器件一起工作,這樣應用時,SNR會有輕微的損失,而SFDR則不受影響。
圖2給出了無阻塞情況下ADC的噪聲分布,這里假定在ADC之前的所有模擬電路的總級聯(lián)噪聲系數為3.5dB,同時假定設計目標是ADC導致的總噪聲系數的惡化不超過0.2dB,以滿足CDMA基站接收機的靈敏度要求。這樣一個噪聲系數值應該為空中接口留有足夠的余量,不過最終結果取決于末級檢波器的Eb/No(比特能量與噪聲功率頻譜密度的比值)的要求�；诒�1的MAX1418的熱噪聲+量化噪聲基底,當器件時鐘為61.44Msps(50×碼片率)時,其等效噪聲系數為26.9dB。由于采用了過程增益控制,1.23MHzCDMA頻道帶寬下的ADC噪聲比Nyquist寬帶下的ADC噪聲低14dB。一般情況下,為了獲得3.7dB的接收機級聯(lián)噪聲系數,總增益要達到36dB。
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當ADC前端增益為36dB時,天線端超過-30dBm的單音阻塞電平將超出ADC的輸入量程。cdma2000蜂窩基站標準規(guī)定,天線端允許的最大阻塞電平為-30dBm,此時,前端增益就需要降低6dB,這樣在標準規(guī)范允許的余量范圍之內,允許加到ADC上的最大阻塞信號更大一些。假設留有2dB的余量,前端增益減小6dB就可使天線端的最大阻塞電平變?yōu)?26dBm,ADC的最大允許輸入信號變?yōu)?4dBm(見圖4)。當出現(xiàn)單音阻塞時,蜂窩標準允許總的干擾(噪聲+失真)相對于參考靈敏度來說惡化3dB,可這3dB在噪聲和失真之間如何分配就留給了設計人員。
假設：出現(xiàn)阻塞信號時,AGC增益為6dB,設計允許RF前端級聯(lián)噪聲加失真可以使NF下降1dB(標稱值為3.5dB)。當ADC前端增益僅為30dB時,ADC的SNR決定了其有效噪聲系數為29.4dB,級聯(lián)接收機在“阻塞條件”下的噪聲系數為5.7dB,這比根據接收機靈敏度計算出來的3.7dB的噪聲系數低了2dB。由于在此計算當中未將雜散特性考慮在內,ADC的無雜散動態(tài)范圍(SFDR)還允許額外降低1dB。當存在阻塞信號時,SINAD可被用于計算有效NF,不再分別計算噪聲和SFDR基值。
