LQFP中IF數(shù)字化子系統(tǒng)簡(jiǎn)化的高性能窄帶接收機(jī)設(shè)計(jì)

移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電用于公共安全和緊急服務(wù) - 例如警察，消防和救護(hù)車(chē) - 以及私人服務(wù)，例如車(chē)隊(duì)管理。為了提供增強(qiáng)的服務(wù)，以及更高的頻譜效率和覆蓋范圍，這些無(wú)線(xiàn)電的設(shè)計(jì)越來(lái)越多地從傳統(tǒng)的基于模擬的調(diào)制方案（如FM和PM）轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字調(diào)制方法。

這些無(wú)線(xiàn)電的接收器必須能夠在存在大干擾信號(hào)的情況下準(zhǔn)確地?cái)?shù)字化低電平高頻信號(hào)。在使用某些窄帶移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)電中，干擾信號(hào)可比所需信道大70 dB，頻率偏移小至25 kHz。由于這些系統(tǒng)通常不是蜂窩式的，因此移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電的地理覆蓋范圍也是一個(gè)重要特征 - 它們必須具有出色的靈敏度，以恢復(fù)源自覆蓋范圍邊緣的用戶(hù)的低電平信號(hào)。作為進(jìn)一步的復(fù)雜性，這些無(wú)線(xiàn)電通常是便攜式的，具有高使用率;他們要求使用體積更小，壽命更長(zhǎng)的電池來(lái)降低功耗。

為了幫助設(shè)備設(shè)計(jì)人員，ADI公司推出了AD9870 IF數(shù)字化子系統(tǒng)，這是一款專(zhuān)為滿(mǎn)足移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電和類(lèi)似設(shè)備的苛刻要求而設(shè)計(jì)的IC采用模擬和/或數(shù)字調(diào)制方案的超外差架構(gòu)的窄帶無(wú)線(xiàn)電應(yīng)用。 AD9870集成了整個(gè)IF條帶，外部元件極少。它可以接受頻率高達(dá)300 MHz的IF信號(hào)，帶寬高達(dá)150 kHz，并提供包含16位I和Q數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)輸出，然后可以使用主機(jī)處理器進(jìn)行解調(diào)。 AD9870適用于基站和用戶(hù)單元，將基站所需的動(dòng)態(tài)范圍與便攜式無(wú)線(xiàn)電所需的低功耗相結(jié)合。

所有接收器的主要問(wèn)題是動(dòng)態(tài)范圍

接收器的動(dòng)態(tài)范圍決定了它在存在較大信號(hào)時(shí)恢復(fù)低電平信號(hào)的能力，稱(chēng)為阻斷器和干擾源。圖1顯示了可以降低任何無(wú)線(xiàn)電接收器有效動(dòng)態(tài)范圍的各種信號(hào)源。

假設(shè)當(dāng)前頻譜中存在的唯一信號(hào)是“小目標(biāo)信號(hào)”。最小可檢測(cè)信號(hào)或靈敏度將由信號(hào)帶寬（B），接收器的檢測(cè)閾值（SNRMIN），接收器的噪聲系數(shù)（NF）決定。 ）和固有的熱噪聲限制（kTB）。在290 K的溫度下，可以使用以下等式估算靈敏度：

靈敏度=SNRMIN+ 10log（B）+NF+（ - 174 dBm / Hz）

以下是一些潛在的噪聲源：

如果在下變頻之前對(duì)目標(biāo)信號(hào)應(yīng)用的增益不足，則低頻1 / f噪聲成為一個(gè)問(wèn)題低于工藝技術(shù)1 / f角落的頻率。由偏移和二階失真引起的直流分量也可能存在問(wèn)題。

大型干擾源的能量可以通過(guò)接收器LO的相位噪聲在很寬的頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展，通過(guò)稱(chēng)為“互惠混合”的過(guò)程。干擾信號(hào)越大，它越接近目標(biāo)信號(hào)，目標(biāo)信號(hào)越有可能被這種噪聲傳遞機(jī)制破壞。此外，如果此干擾源足夠大以在接收器的前端電路中引起非線(xiàn)性，則雜散分量可能會(huì)混合回目標(biāo)信號(hào)的通帶。 “半中頻”問(wèn)題是困擾二階線(xiàn)性度較差的接收機(jī)的特殊情況，其中在LO和目標(biāo)信號(hào)之間的中間干擾產(chǎn)生二階分量，其與LO的二次諧波混合以產(chǎn)生刺激落在目標(biāo)信號(hào)上。接收器的IIP2規(guī)范允許接收器設(shè)計(jì)者量化“半中頻”雜散。干擾水平，PIN與產(chǎn)生的二階雜散之間的差異或Δ是IIP2-PIN。由于IIP2為45 dBm，AD9870幾乎不受這種“半中頻”問(wèn)題的影響。

來(lái)自目標(biāo)信號(hào)的等間隔頻率偏移（即f0+Δ和f0+2Δ）的兩個(gè)大干擾通過(guò)互調(diào)過(guò)程導(dǎo)致雜散成分落在目標(biāo)信號(hào)之上。在這種情況下，接收器的線(xiàn)性度在其IIP3規(guī)范中被捕獲，較高的數(shù)字表示對(duì)三階互調(diào)的較高容差。兩個(gè)相等干擾源PIN之間的差值或Δ，以及得到的三階互調(diào)分量，是2×（IIP3-PIN）。 AD9870具有-1 dBm的可觀IIP3，因此可以在降低接收器靈敏度之前容忍高達(dá)-45 dBm的干擾。

超外差架構(gòu)

應(yīng)對(duì)大干擾，否則降低接收機(jī)恢復(fù)目標(biāo)低電平信號(hào)的能力，超外差架構(gòu)用于將RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)中頻（IF），其中相鄰干擾信號(hào)的濾波以及相鄰干擾信號(hào)的放大和增益控制。目標(biāo)信號(hào)更實(shí)用。超外差方案自第一次世界大戰(zhàn)以來(lái)一直在使用，直到今天仍是最受歡迎的無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)架構(gòu)。采用這種架構(gòu)的通用版本，在窄帶數(shù)字接收器中很常見(jiàn)，如圖2中的信號(hào)鏈所示。

在RF到IF下變頻之前，頻段選擇濾波器（雙工器）和/或鏡像抑制濾波器選擇目標(biāo)信號(hào)在其中工作的整個(gè)RF頻帶。低噪聲放大器（LNA）在降頻轉(zhuǎn)換之前提供預(yù)期RF頻段的放大，對(duì)于確定接收機(jī)的靈敏度至關(guān)重要。 RF混頻器之后的下變頻IF頻譜通常包含除目標(biāo)信號(hào)之外的不同強(qiáng)度的信號(hào)陣列。信道選擇和放大發(fā)生在IF：通過(guò)一個(gè)或多個(gè)晶體或SAW型無(wú)源濾波器從其他信號(hào)中選擇目標(biāo)信號(hào)。在濾波之后，目標(biāo)信號(hào)經(jīng)歷進(jìn)一步放大，其信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)AGC環(huán)路穩(wěn)定在預(yù)設(shè)水平，以?xún)?yōu)化正交解調(diào)過(guò)程。在許多數(shù)字接收機(jī)中，IF模擬正交調(diào)制器將IF信號(hào)分離為其正交基帶I和Q分量，然后由雙ADC進(jìn)行數(shù)字化。在這種情況下，解調(diào)信號(hào)的調(diào)制精度對(duì)于正交調(diào)制器和雙ADC中的模擬失調(diào)，正交LO失配和I / Q增益失配非常敏感。

AD9870架構(gòu)

AD9870 IF數(shù)字化子系統(tǒng)通過(guò)集成大部分IF，基帶和一些數(shù)字后處理功能模塊，降低了典型超外差接收器的復(fù)雜性，如圖3所示。 / p>

AD9870與典型的超外差架構(gòu)不同之處在于采用寬動(dòng)態(tài)范圍帶通Σ-ΔADC來(lái)采樣第二IF信號(hào)以及任何相鄰信號(hào)干擾。目標(biāo)IF信號(hào)的解調(diào)以數(shù)字精度和穩(wěn)定性進(jìn)行，而附近的干擾源可以通過(guò)數(shù)字濾波得到抑制。

圖4顯示了AD9870的功能框圖。與超外差結(jié)構(gòu)的RF部分類(lèi)似地起作用，使用LNA和混頻器將以第一中頻的中心頻率的目標(biāo)信號(hào)放大和下變頻到適合于數(shù)字化的較低的第二IF。帶通ADC。

LNA和混頻器提供大約10.5 dB的增益，同時(shí)保留系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，輸入噪聲系數(shù)為9 dB，三階截距為0 dBm。高輸入阻抗（360歐姆）簡(jiǎn)化了與晶體或SAW濾波器的接口。片上LO PLL合成器可與外部環(huán)路濾波器和VCO結(jié)合使用，以產(chǎn)生可調(diào)LO頻率。

第二中頻信號(hào)正好以1為中心/ 8帶通ADC采樣率（即IF2=?CLK/ 8）允許簡(jiǎn)單的?s < / sub> / 8數(shù)字正交解調(diào)方案。在向下轉(zhuǎn)換到第二個(gè)IF時(shí)，信號(hào)由可調(diào)（可編程）有源三階抗混疊濾波器（AAF）處理，以抑制可能的信號(hào)出現(xiàn)在采樣ADC的別名帶內(nèi)（即N×?CLK/ 8±?CLK/ 8.AAF調(diào)諧電路可以支持ADC采樣率介于13和18 MHz之間，通常將3 dB截止頻率設(shè)置并調(diào)整為略高于第2 IF（即，?-3dB =?CLK/3.2）。

在AAF中嵌入一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?/u>（VGA），可提供高達(dá)26 dB的增益范圍（圖5）。增益可以擴(kuò)展AD9870的動(dòng)態(tài)范圍，可以直接編程或通過(guò)自動(dòng)增益控制（AGC）環(huán)路控制。通常在強(qiáng)信號(hào)條件下調(diào)用AGC環(huán)路，以防止A /的“過(guò)載”或削波通過(guò)在ADC輸入端保持可編程固定信號(hào)電平來(lái)實(shí)現(xiàn)D轉(zhuǎn)換器.AD9870實(shí)現(xiàn)了AGC的樂(lè)趣采用高效混合方法，如圖5所示：模擬和數(shù)字域在信號(hào)估計(jì)和控制中協(xié)同工作。