超外差接收機(jī)設(shè)計(jì).

1、超外差接收機(jī)設(shè)計(jì)flaming第一章 技術(shù)指標(biāo)（基本函概）圖表 1傳統(tǒng)的兩級變頻超外差接收機(jī)框圖1.1接收信號頻段1.2接收機(jī)噪聲系數(shù)1.3接收機(jī)增益1.4接收機(jī)RF和IF濾波器指標(biāo)包括通帶插損、阻帶抑制和帶內(nèi)波動等。RF濾波器（預(yù)選器）主要功能是：·限制輸入信號的帶寬以使互調(diào)失真最小；·削弱寄生響應(yīng)，主要是鏡象頻率和1/2中頻頻率問題；·抑制本振能量，以防止其到達(dá)天線。IF濾波器主要功能是相鄰信道選擇性ACS和接收機(jī)三階互調(diào)系數(shù)改善。1.5靈敏度：接收機(jī)正常工作條件：輸出功率和輸出信噪比達(dá)到要求。所以，接收機(jī)靈敏度為在給定要求的輸出信噪比（誤碼率）的條件下，接收

2、機(jī)所能檢測到的最低（最?。┹斎胄盘栯娖?。與信道類型和傳播情況有關(guān)。1.6動態(tài)范圍接收機(jī)高性能工作所能承受的信號變化范圍。1.7阻塞和雜散響應(yīng)抑制由于一些無用信號的存在，使接收機(jī)接收有用信號質(zhì)量降低而不超過一定限度的能力。1.8互調(diào)響應(yīng)抑制指接收機(jī)在與有用信號頻率某一特定關(guān)系的兩個(gè)或多個(gè)干擾信號存在時(shí)。收信機(jī)接收有用信號的質(zhì)量降低不超過一定限度的能力。1.9相鄰信道選擇性(ACS)指當(dāng)相鄰信道上存在信號時(shí)，接收機(jī)有用信號質(zhì)量降低不超過一定限度的能力。該指標(biāo)檢驗(yàn)接收機(jī)鄰道選擇性。ACS定義為指定信道的接收濾波器在該信道上的衰減和對相鄰信道信號的衰減的比率。1.10雜散輻射指發(fā)射機(jī)不發(fā)射功率時(shí)，在天

3、線口測得的由接收機(jī)引起的輻射功率，主要是天線連接器和機(jī)箱的輻射引起。第二章 設(shè)計(jì)關(guān)鍵器件選型2.1射頻濾波器指標(biāo)接收鏈路上的RF濾波器主要用于對帶外阻塞電平、混頻鏡像和半中頻點(diǎn)的抑制，根據(jù)分析的結(jié)果，可以確定接收鏈路上RF濾波器的技術(shù)指標(biāo)。發(fā)射鏈路上RF濾波器主要用于抑制發(fā)射機(jī)輸出的雜散，如本振泄漏、諧波等。RF濾波器包括：AS單元的天線濾波器、LNA輸出濾波器和收發(fā)信機(jī)的RF濾波器。下表為大唐TD-SCDMA對RF濾波器的要求，主要來自于協(xié)議要求（其中灰色部分為發(fā)射要求），（對于有些頻率評論不太清楚）但是imger(IF/2)LO-IF/2本文其他地方?jīng)]有提及，主要是：LO-imger(IF

4、/2)IF/2的二次諧波。表格 1 大唐TD中RF濾波器指標(biāo)2.2中頻濾波器指標(biāo)1. 考慮接收機(jī)IIP3，為了減小IF濾波器后面的鏈路對整機(jī)IIP3的影響，在IF濾波器偏離中心頻率（測試頻率）處，提出濾波器選擇性S的值，要求S大。2. 對于收信機(jī)，中頻濾波器主要考慮選頻和ADC之前的抗混疊濾波，在發(fā)信通道上中頻濾波器主要用于抑制DAC輸出的鏡像。下面參考大唐TDSCDMA設(shè)計(jì)：2.3混頻器的選擇對于發(fā)信機(jī)，混頻器關(guān)鍵在于LO到RF端口的隔離。為了獲得良好得線性度，混頻器輸入口輸入信號要小，通常負(fù)十幾dBm（具體要通過評估板測試看看），同時(shí)高的本振電平也可以提高混頻器線性度（參考本文3.2）。對

5、于收信機(jī)，混頻器主要指標(biāo)是IIP3（主要3階互調(diào)成分）和IIP2（主要半中頻），采用高的LO電平，可以提高混頻器的IIP3。第三章 問題解答3.1雙平衡無源混頻器PLO和RF入口P-1dB關(guān)系在TDSCDMA系統(tǒng)RXB和TXB中，本振信號采用的是17 dBm的大信號，采用如此大信號的原因如下。對于RXB和TXB中采用的無源混頻器的基本電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖表 2無源混頻器基本電路結(jié)構(gòu)在該電路中輸入輸出兩個(gè)變壓器由于其對共模成分的抑制，從而實(shí)現(xiàn)了LO、IF和RF這三者之間的相互隔離，實(shí)現(xiàn)值在30 dB以上，符合所用混頻器SYM-22H數(shù)據(jù)手冊上的指標(biāo)。對于上圖所示的混頻器的基本結(jié)構(gòu)，4個(gè)二極管的

6、作用是在本振信號的激勵(lì)下產(chǎn)生周期的開關(guān)功能，從而本振信號的幅度必須要大于二極管的開啟電壓。對于Ge二極管而言，開啟電壓的峰值是0.35 V，（均值）從而本振信號的強(qiáng)度必須大于 （1）此時(shí)為保證正常工作，輸入的射頻信號幅度必須滿足 （2）從而輸入射頻信號的強(qiáng)度就必須小于 （3）1 dBm最大輸入射頻信號強(qiáng)度的指標(biāo)并不是很好。根據(jù)SYM-22H數(shù)據(jù)手冊，其最大輸入信號可到10 dBm。對于這樣的指標(biāo)，混頻器的基本電路結(jié)構(gòu)必須改變，也既是每個(gè)二極管都用3個(gè)二極管來替換，如下圖所示。則此時(shí)輸入射頻信號的強(qiáng)度就為 （4）同樣本振信號就必須滿足 （5）這就是為什么在SYM-22H數(shù)據(jù)手冊中，最大輸入信號的

7、指標(biāo)要達(dá)到10 dBm，本振信號必須為17 dBm的原因。3.2半中頻信號的抑制來自何處？SYM-22H混頻器對半中頻信號自然就有40 dB以上的抑制，這種抑制來自何處？通過對電路結(jié)構(gòu)的分析可以得到解釋。由于本振信號的激勵(lì)，使得二極管橋周期開關(guān)，形成開關(guān)電路。理想情況下，開關(guān)電路的特性可表示為下圖。此時(shí)開關(guān)函數(shù)的傅立葉級數(shù)展開為 （6）最終，輸出中頻信號為 （7）對于半中頻而言，是由本振的2次諧波和射頻的2次諧波混疊產(chǎn)生。根據(jù)公式（6），本振的2次諧波（n = 2）不存在，也既是說理想情況下，雙平衡無源混頻器對任何偶次諧波的抑制為無窮大。但是實(shí)際情況下，電路不能做到完全的平衡，例如下圖所示。上

8、圖的來歷是對混頻器的仿真結(jié)果。從而根據(jù)上述討論，由于電路結(jié)構(gòu)的不能完全平衡和器件非理想特性，從而導(dǎo)致了混頻器對半中頻信號存在40 dB以上的有限抑制。第四章 CDMA手機(jī)射頻前端設(shè)計(jì)中的幾個(gè)關(guān)鍵問題CDMA(碼分多址)要求在低于0dB載-干比的接收信號中解讀出有用的信號，要求CDMA手機(jī)或者基站有一個(gè)高性能的射頻前端和DSP基帶處理電路。本章提供了一系列根據(jù)協(xié)議IS-98-A估算CDMA移動臺射頻參數(shù)的方程。：相關(guān)器輸出端干擾信號；：相關(guān)器輸入端干擾信號；：CDMA系統(tǒng)傳輸帶寬（射頻信道帶寬）；：基帶信號帶寬；：相關(guān)器輸入載干比；：相關(guān)器輸出載干比；GP：相關(guān)器處理增益；：相關(guān)器輸出端，平均每

9、個(gè)信息位的能量與等效噪聲功率譜密度比；：基站天線接口處測得前向CDMA信道功率；：在移動臺天線入口處測得接收信號；：一個(gè)限制帶寬的白噪聲干擾源：基站前向業(yè)務(wù)信道平均每個(gè)PN碼片的發(fā)送功率占整個(gè)前向信道發(fā)送功率的比率；：單音干擾引起的、落入接收頻帶內(nèi)的等效輸入干擾電平；：單音干擾引起互易混頻干擾信號電平；：單音干擾引起的交調(diào)干擾信號電平； 4.1 IS-95前向信道及基本CDMA方程CDMA系統(tǒng)基于直序擴(kuò)頻(DS-SS)通信技術(shù)?；驹恚豪靡粋€(gè)偽隨機(jī)（PN）序列對基帶信號進(jìn)行調(diào)制，由于PN序列的碼片速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基帶信號速率，經(jīng)過調(diào)制后，基本帶信號頻譜被展寬到PN序列帶寬，并具有了偽隨機(jī)和類似

10、噪聲的特征。接收機(jī)接到信號后，利用一個(gè)與發(fā)端PN碼同步的副本做相關(guān)的運(yùn)算進(jìn)行調(diào)制。由于PN序列是一種自相關(guān)的二進(jìn)制序列，不同PN序列之間具有很低的互相關(guān)。當(dāng)相關(guān)器中的PN序列和嵌入CDMA信號的PN序列相匹配時(shí)，目標(biāo)信號被解擴(kuò)到擴(kuò)頻前的原始帶寬；不匹配的輸入信號（接收噪聲、干擾信號或其他不同步的CDMA信號）則擴(kuò)頻到PN序列的帶寬。緊跟解擴(kuò)器之后的數(shù)字濾波器具有與基帶信號相同的帶寬，完全選通基帶信號而只允許干擾信號頻譜中一部分通過。在基站的發(fā)射機(jī)輸出端，通信信道、引導(dǎo)信道、同步和尋呼信道都經(jīng)多路復(fù)用且后在一個(gè)無線信道上發(fā)送。因此，每個(gè)用戶通信信道的功率表示這一前向CDMA信道總功率的一小部分。

11、通過數(shù)字濾波器進(jìn)行帶寬限制后，一個(gè)CDMA無線信道的3dB帶寬為1.23MHz。由于CDMA系統(tǒng)的信息是雙相位調(diào)制的，調(diào)制過的信號包絡(luò)并不是固定的。前向CDMA信號的峰值與平均值比率（PTAR）是10dB。因此，為了對接收信號進(jìn)行相應(yīng)的檢測和解調(diào)，接收機(jī)應(yīng)該在接收信號功率所允許的范圍內(nèi)保持線性。所以，相關(guān)器輸出端的干擾信號相比與輸入端的干擾信號被減小了一定的比例。該比率就是CDMA的傳輸帶寬與基帶信號帶寬之比，同時(shí)相關(guān)器輸出端載干比相對于輸入載干比也相應(yīng)增加了相同的比率，這個(gè)比率叫CDMA系統(tǒng)的處理增益GP。圖表 3 CDMA擴(kuò)頻系統(tǒng)參數(shù)示圖經(jīng)過數(shù)字濾波器后，相關(guān)器輸出端的信號和干擾具有相同的

12、帶寬（），所以有：即：Nt為相關(guān)器輸出端等效噪聲功率譜密度，它包括熱噪聲和來自其他干擾源的干擾。擴(kuò)頻系統(tǒng)中，干擾信號在解擴(kuò)器中被轉(zhuǎn)換為噪聲。每個(gè)CDMA信道（從基站到移動臺）由多個(gè)邏輯信道（包括一個(gè)導(dǎo)頻信道，最多一個(gè)同步信道，最多7個(gè)尋呼信道，和最多63個(gè)業(yè)務(wù)信道）組成，它們占有相同的頻帶，共享一個(gè)PN碼相位。這些信道通過一個(gè)基于Walsh函數(shù)的64位正交PN碼加以區(qū)分。業(yè)務(wù)信道的數(shù)據(jù)被一個(gè)基于Walsh碼BPSK調(diào)制，然后再由一對基站PN碼QPSK調(diào)制，最終單一用戶的業(yè)務(wù)信道數(shù)據(jù)速率達(dá)到碼片速率（1.2288Mcps）?；景l(fā)送器的輸出，將所有業(yè)務(wù)信道和導(dǎo)頻、同步及尋呼信道被相互疊加到一起，

13、然后安排到同一射頻信道上發(fā)射出去。所以每個(gè)用戶只站前向CDMA信道總功率的很小部分，經(jīng)過數(shù)字濾波后，前向CDMA信道3dB帶寬（BWRF）為1.23MHz。假設(shè)在基站天線接口處測得前向CDMA信道功率為，經(jīng)過單一路徑被移動臺接收，在移動臺天線入口處測得接收信號為。前向業(yè)務(wù)信道平均每個(gè)PN碼片的發(fā)送功率占整個(gè)前向信道發(fā)送功率的比率為。用一個(gè)限制帶寬的白噪聲干擾源來模擬接收機(jī)熱噪聲、連續(xù)波干擾和來自其他蜂窩的CDMA信號等干擾源。根據(jù)（5），得到單一用戶前向業(yè)務(wù)信道的基本CDMA方程 （6）取dB值為： （7）4.2 靈敏度和動態(tài)范圍CDMA系統(tǒng)，基站和移動臺之間通信按幀為單位，每幀長20ms。所

14、以CDMA移動臺性能的評價(jià)建立在一定幀誤率（FER）基礎(chǔ)上。IS-98-A關(guān)于CDMA移動接收機(jī)最低靈敏度和動態(tài)范圍規(guī)范見表2，最低靈敏度定義為：保證接收FER0.5所需的最低CDMA信道功率。表格 2 靈敏度，動態(tài)范圍最低要求在采用BPSK調(diào)制及9600bps全速率語音編碼是，滿足0.5FER要求的最低為4.5dB，考慮2dB設(shè)計(jì)裕量，則要求；同時(shí)處理增益。連同表2數(shù)據(jù)考核1一起代入CDMA方程（7）可得：要滿足最低靈敏度要求及2dB設(shè)計(jì)裕量要求接收機(jī)的干擾電平。對于接收機(jī)靈敏度，其高斯白噪聲包括：1，接收單元等效輸入熱噪聲功率譜密度（N0）和2，發(fā)送單元熱噪聲落入接收頻帶的功率譜密度（NT

15、X）。所以：。NTX：由于典型發(fā)射機(jī)功放輸出熱噪聲功率譜密度為-135dBm/Hz。雙功器隔離為-43dB，所以NTX為-178dBm/Hz。推出：N0-166.2dBm/Hz根據(jù)接收機(jī)基底噪聲功率公式：得：-166.2NFRX（dB）-174 所以，接收機(jī)噪聲系數(shù)為：NRX7.8dB表2考核條件2，確定了CDMA接收機(jī)在滿足FER0.5條件下最小動態(tài)范圍上限，主要由P-1dB決定，典型CDMA系統(tǒng)峰均比可達(dá)到10dB，同時(shí)為了留有裕量，接收機(jī)按90dB的動態(tài)范圍設(shè)計(jì)，所以設(shè)計(jì)是特別要求注意回退，確保接收機(jī)線性度。4.3單音干擾表格 3 抗單音干擾最低要求按照表3考核標(biāo)準(zhǔn)，接收機(jī)底幀誤率FER

16、1，采用BPSK調(diào)制，所以所需最低的，同樣，考慮1.5dB裕量，即要求，利用方程（7）得所允許的干擾電平。對于單音干擾：N0和NTX在5.2中已經(jīng)計(jì)算，代入求得：Ist-103.7dBm/1.23MHz通常單音干擾會在帶內(nèi)產(chǎn)生兩種帶內(nèi)的干擾成分：互易混頻和交叉調(diào)制所以： （8）4.3.1互易混頻互易混頻（如圖表12）：主要由接收機(jī)本振信號的相位噪聲信號和單音干擾信號相混后產(chǎn)生的帶內(nèi)干擾，表示為。按表格3，單音干擾距CDMA信道中心頻率900kHz，為以900kHz頻偏為中心，在1.23MHz帶寬對相位噪聲積分得到。假設(shè)VCO的相位噪聲在285kHz到1515kHz（PLL通帶寬度）頻率范圍內(nèi)具

17、有1/f2分布特性，積分可得-75.6dBc，所以-105.6dBm/1.23MHz。 （9）圖表 4 互易混頻4.3.2交叉調(diào)制如圖表13，由于接收前端的三階非線性，通過雙工器泄漏過來的一部分發(fā)射信號和單音干擾信號交叉調(diào)制后產(chǎn)生的落入接收機(jī)帶內(nèi)的交調(diào)信號，表示為。根據(jù)（8）（9）可得：-108.2dBm/1.23MHz。假設(shè)交調(diào)主要產(chǎn)生于LNA（通常應(yīng)該指一混前的RF鏈路，可得：CDMA系統(tǒng)中，接收機(jī)信號接近于靈敏電平時(shí)，功放輸出功率為+28dBm。雙工器隔離為-58dB，減去3dB插損，到達(dá)LNA輸入端的PTX-33dBm。根據(jù)（10），可求得。圖表 5 交叉調(diào)制4.4半中頻干擾半中頻干擾

18、也可看成一種單音干擾，當(dāng)單音干擾信號位于半中頻處，按4.3單音干擾計(jì)算： （11）根據(jù)表格3，按照表3考核標(biāo)準(zhǔn)，接收機(jī)底幀誤率FER1，采用BPSK調(diào)制，所以所需最低的，同樣，考慮1dB裕量，即要求?？梢郧蟮肐st-102.9dBm/1.23MHz。由于天線口到mixer入口增益為7dB，所以到mxer入口，單音干擾電平為-23dBm，變?yōu)?95.9dBm/1.23MHz，所以mixer要求對（2×2）雜散的抑制為73dBc。可得： （12） 求得：混頻器IIP2+50dBm從以上分析可見，如果在mixer前加上RF濾波器對半中頻單音信號進(jìn)行抑制，降低到mixer入口處的，同時(shí)降低了

19、，則對mixer的IIP2要求自然降低了兩倍。圖表 6 半中頻干擾4.5雙音干擾表格 4 雙音干擾考核標(biāo)準(zhǔn)表格4兩種情況，雙音頻率間隔為800kHz，距離較近的干擾信號或者高于、低于CDMA中心頻率900kHz。所產(chǎn)生的3階互調(diào)位于CDMA信號帶內(nèi)，高于、低于中心頻率100kHz（圖表15）。在弱雙音情況， （13）根據(jù)表格4，按照表4考核標(biāo)準(zhǔn)，接收機(jī)底幀誤率FER1，采用BPSK調(diào)制，所以所需最低的，同樣，考慮1.5dB裕量，即要求?？梢郧蟮肐Im3-103.7dBm/1.23MHz。已知，所以對三階互調(diào)的衰減量為。接收機(jī)IIP3可按公式 （14）算得IIP3-12.7dBm對于強(qiáng)雙音信號，

20、由于CDMA信號高出靈敏度25dB，可以忽略噪聲的影響，等效白噪聲干擾源主要由三階互調(diào)產(chǎn)生。類似的，留有1.5dB裕量。算的IIP3+8.15dBm。 圖表 7 雙音干擾第五章 TDSCDMA前端設(shè)計(jì)5.1 CDMA方程前向信道的CDMA方程可表示為： （3） （4）其中GP為處理增益（Processing Gain），對TD-SCDMA而言等于 （5）同時(shí)根據(jù)3GPP TS25.142，最小接收信號和單個(gè)PN碼片與整個(gè)發(fā)送功率比分別規(guī)定為 （6）dB （7）把公式（5）、（6）、（7）代入公式（4），并考慮到Eb / N0 9 dB，可得到對干擾信號的要求為：dBm （8）對射頻前端接收機(jī)而言，由于TD-SCDMA的TDD工作方式，干擾信號僅包括信道的高斯白噪聲。也既是： （9）其中BWRF =1.28 Mcps，為TD-SCDMA的信道帶寬，可得到 （10）從而接收機(jī)在包括前端分路器后的整