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當(dāng)ADC前端增益為36dB時(shí),天線端超過(guò)-30dBm的單音阻塞電平將超出ADC的輸入量程。CDMA2000蜂窩基站標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,天線端允許的最大阻塞電平為-30dBm,此時(shí),前端增益就需要降低6dB,這樣在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范允許的余量范圍之內(nèi),允許加到ADC上的最大阻塞信號(hào)更大一些。假設(shè)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(hào)變?yōu)?4dBm(見(jiàn)圖4)。當(dāng)出現(xiàn)單音阻塞時(shí),蜂窩標(biāo)準(zhǔn)允許總的干擾(噪聲+失真)相對(duì)于參考靈敏度來(lái)說(shuō)惡化3dB,可這3dB在噪聲和失真之間如何分配就留給了設(shè)計(jì)人員。
假設(shè)：出現(xiàn)阻塞信號(hào)時(shí),AGC增益為6dB,設(shè)計(jì)允許RF前端級(jí)聯(lián)噪聲加失真可以使NF下降1dB(標(biāo)稱值為3.5dB)。當(dāng)ADC前端增益僅為30dB時(shí),ADC的SNR決定了其有效噪聲系數(shù)為29.4dB,級(jí)聯(lián)接收機(jī)在''阻塞條件''下的噪聲系數(shù)為5.7dB,這比根據(jù)接收機(jī)靈敏度計(jì)算出來(lái)的3.7dB的噪聲系數(shù)低了2dB。由于在此計(jì)算當(dāng)中未將雜散特性考慮在內(nèi),ADC的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)還允許額外降低1dB。當(dāng)存在阻塞信號(hào)時(shí),SINAD可被用于計(jì)算有效NF,不再分別計(jì)算噪聲和SFDR基值。
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較之兩次變頻結(jié)構(gòu),一次變換器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于省去第二級(jí)下變頻混頻器、第二級(jí)中頻增益電路以及第二級(jí)LO合成器,元件數(shù)量及電路板空間可減少約10%,節(jié)約成本$10至$20。
今天的基站系統(tǒng)不得不符合各種不同的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)必須在各種信號(hào)鏈路中滿足嚴(yán)格的指標(biāo)要求。本文介紹了如何利用一些信號(hào)鏈路的器件(如高動(dòng)態(tài)性能的ADC、可變?cè)鲆娴姆糯笃�、混頻器和本振)來(lái)滿足這些需求,此外還詳細(xì)敘述了它們?cè)诘湫偷幕緫?yīng)用中的使用以及它們?nèi)绾螡M足高動(dòng)態(tài)性能、高截止性能和低噪聲的需求。
不同結(jié)構(gòu)的雜散考慮
如果需要進(jìn)一步節(jié)省元件數(shù)、線路板空間,降低功耗及成本,可采用下面給出的一次變頻結(jié)構(gòu)。假定設(shè)計(jì)的cdma2000接收機(jī)工作在PCS頻段,采樣速率為61.44Msps,合成器基準(zhǔn)頻率為30.72MHz,第一中頻的中心選在6階Nyquist頻段169MHz,帶寬約為1.24MHz。對(duì)于DDS結(jié)構(gòu),采用相同的169MHz第一中頻,第二中頻的中心頻率在46.08MHz的2階Nyquist頻段。
表3列出了采用單載波、一次下變頻(SDC)和兩次下頻(DDC)結(jié)構(gòu)時(shí),在PCS頻段上端附近的RF載波雜散搜索假定條件。對(duì)于SDC結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),雜散搜索可在RF接收頻段、接收鏡像頻段、IF頻段及IF鏡像頻段發(fā)現(xiàn)134個(gè)諧波成份,這些雜散信號(hào)大多數(shù)階數(shù)較高,不會(huì)降低接收性能。對(duì)于DDC結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),雜散搜索會(huì)找出2400多個(gè)諧波成,這比SDC結(jié)構(gòu)下找出的18倍還多,這些諧波分布在RF接收頻段、接收鏡像頻段、第一級(jí)IF頻段、第一級(jí)IF鏡像頻段、第二級(jí)IF頻段和第二級(jí)IF鏡像頻段。對(duì)于源自高階時(shí)鐘諧波和合成器基準(zhǔn)頻率的雜散信號(hào),可以通過(guò)在設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)考慮電路板的布局或增加濾波來(lái)抑制,但是,對(duì)大量的階數(shù)較低的雜散成份的抑制就比較困難。
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Maxim的IF放大器：MAX2027&MAX2055
Maxim公司也提供每級(jí)增量為1dB的數(shù)控增益、高性能IF放大器。MAX2027就是一種數(shù)控增益放大器(DVGA),采用單端輸入/單端輸出方式,可工作在50MHz至400MHz頻率范圍內(nèi),其最大增益時(shí)的噪聲系數(shù)只有5dB。MAX2055則是單端輸入/差分輸出的DVGA,可在30MHz至300MHz頻率范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)高性能ADC。在MAX2055的差分輸出和ADC差分輸入之間可以采用一個(gè)升壓變壓器,變壓器提供差分驅(qū)動(dòng),有利于輸出信號(hào)之間的平衡。這兩個(gè)DVGA工作在5V偏置,整個(gè)增益設(shè)置范圍內(nèi)具有+40dBm的OIP3。更詳細(xì)的內(nèi)容可參考Maxim網(wǎng)站上(http://www.Maxim-ic.com.cn/)的相關(guān)資料。
Maxim的高線性混頻器：MAX9993&MAX9982
在接收電路中,混頻器往往承受對(duì)性能要求更加嚴(yán)格的較大的輸入信號(hào)。理想狀態(tài)下,混頻器輸出信號(hào)的幅值和相位與輸入信號(hào)的幅值和相位成正比,而且這種比例關(guān)系與LO信號(hào)無(wú)關(guān)。根據(jù)這一假設(shè),混頻器的幅度響應(yīng)與RF輸入呈線性關(guān)系,且與LO輸入信號(hào)無(wú)關(guān)。
然而,混頻器的非線性會(huì)產(chǎn)生一些不希望的混頻信號(hào),稱之為雜散響應(yīng),這些雜散信號(hào)是由到達(dá)混頻器RF端口、并不希望出現(xiàn)的信號(hào)產(chǎn)生的IF頻段的響應(yīng)。無(wú)用的雜散信號(hào)將干擾有用的RF信號(hào)的工作,混頻器的IF頻率可由下式給出：
fIF=±m(xù)fRF±nfLO
這里,IF、RF和LO分別是各自端口的信號(hào)頻率,m和n是將RF和LO信號(hào)混頻后的諧波階數(shù)。
集成(或有源)平衡混頻器(比如Maxim公司的MAX9993和MAX9982),由于其性能優(yōu)于無(wú)源混頻方案而備受關(guān)注。當(dāng)m或n為偶數(shù)時(shí),平衡式混頻器能夠抑制一定的雜散響應(yīng),2次諧波性能更加優(yōu)異。理想的雙平衡混頻器可以抑制m或n(或兩者)為偶數(shù)的所有響應(yīng)。在雙平衡混頻器中,IF、RF和LO端口之間都是相互隔離的。采用設(shè)計(jì)合理的非平衡變壓器,混頻器可以在IF、RF和LO頻帶交迭。MAX9993和MAX9982特點(diǎn)包括：低噪聲系數(shù),內(nèi)含LO緩沖器,低LO驅(qū)動(dòng),允許兩路LO輸入的LO開(kāi)關(guān),極好的LO噪聲特性等,此外,在RF和LO端口還集成有RF非平衡變壓器。
Maxim的這些混頻器內(nèi)都嵌有LO噪聲性能極好的LO緩沖器,降低了對(duì)LO電源的要求。通常LO噪聲與電平較高的輸入阻塞信號(hào)相混合會(huì)降低接收靈敏度。MAX9993和MAX9982內(nèi)含低噪聲LO緩沖器,可在出現(xiàn)阻塞時(shí)減輕對(duì)接收靈敏度的影響。例如,假設(shè)VCO輸入信號(hào)的邊帶噪聲是-145dBc/Hz,MAX9993的LO噪聲特性的典型值是-164dBc/Hz,這樣復(fù)合邊帶噪聲就只下降了0.05dBc/Hz到-144.95dBc/Hz。采用這種方法,用戶不僅為混頻器提供一個(gè)電平較低的LO信號(hào),還能確保接收機(jī)的混頻特性不會(huì)因MAX9993內(nèi)置LO緩沖器的性能而降低。
此外,還有一種棘手的2階雜散響應(yīng),也稱為半中頻(1/2IF)雜散響應(yīng),對(duì)于低端注入,混頻器階數(shù)為：m=2、n=-2;對(duì)于高端注入,混頻器階數(shù)為：m=-2、n=2。低端注入時(shí),引起半中頻寄生響應(yīng)的輸入頻率比希望的RF頻率低fIF/2(圖4)。所希望的RF頻率為1909MHz,與1740MHz的LO頻率進(jìn)行混頻,得到的IF頻率為169MHz。雖然,CDMA的RF和IF載波頻寬為1.24MHz,但在這里表示成一個(gè)頻率為中心載頻的單頻信號(hào)。在這個(gè)例子中,1824.5MHz頻率的無(wú)用信號(hào)造成了169MHz的半中頻雜散成份。
驗(yàn)證：
2×fHalf-IF-2×fLO
=2×(fRF-fIF/2)-2×(fRF-fIF)
=2×fRFD2×fIF/2-2×fRF+2×fIF
=fIF
由此可得到：
2×1824.5MHz-2×1740MHz=169MHz
