如何實現射頻半導體簡化直接變頻的設計

　　直接變頻架構促使著寬帶無線電支持第三代（3G）和第四代（4G）無線網絡中的多模式和多標準要求，隨之要求能夠處理全球400 MHz 至 4 GHz 范圍內的信號，因而基礎設施和移動設備開發(fā)商尋求系統(tǒng)器件達到新的性能水平。幸運的是，隨著硅鍺（SiGe） 和 CMOS 半導體工藝的不斷改進，集成度得以提高，同時功耗有所下降。利用直接變頻架構，無線電設計人員還能夠實現較寬的設計頻率范圍，并可在單個硬件平臺上調整帶寬。與無線基站的傳統(tǒng) IF 采樣接收機方法相比，該架構具有許多優(yōu)點，并結合平衡防阻塞的 RF 解調器和模數轉換器（ADC）技術的優(yōu)勢，利用自適應性校正技術來處理殘余信號損壞。 3G 長期演進（LTE）無線通信標準支持 1.4 至 20 MHz 范圍內的各種通道帶寬。無論設備支持僅 LTE 載波，還是 3G （WCDMA） 或 LTE （OFDM）混合載波，通常要求采用的最低帶寬是 20 MHz。由于帶寬范圍很寬，因此可以接收多個相鄰或非相鄰載波。例如，20MHz 帶寬內可容納多達四個相鄰 WCDMA 信號。對于寬帶接收機設計，所面臨的挑戰(zhàn)是如何在存在高干擾信號的情況下解調低電平、高數據速率信號。根據定義，多載波RF 接收機不具備模擬通道選擇性，而無用阻塞信號未經衰減就會抵達 ADC，這就要求接收機構建模塊（尤其是 ADC）具有高動態(tài)范圍。例如，3G LTE 阻塞要求則需要比所需信號高60 dB 的窄帶阻塞。因此，多載波接收機應當具有高輸入 1dB壓縮點、高分辨率 ADC 和某種形式的自動增益控制（AGC），將阻塞信號電平維持在 ADC 的滿量程（FS）電平以下。而且必須在可接受的接收機靈敏度下，實現這種對阻塞信號的抗擾度。設計用于支持 3G LTE 標準的基站接收機必須具備優(yōu)于 5 dB 的噪聲系數（NF）。為了完全達到這種性能水平，下變頻混頻器或解調器一般前置一些低噪聲放大器（LNA）級。根據以下 Friis 等式，前端增益可幫助改善整體 NF： NFtotal=NFLNAs+（NFdemod -1）/GLNAs+［NFADC-1/（GLNAsGdemod ）］ （1）不過，由于天線處的強阻塞信號會導致接收機發(fā)生飽和，因此不能隨意設置高前端增益。此外，在高電平阻塞的交調產物處于所需信號帶寬范圍內時，如果增益過高，則會導致線性度下降，并影響信號完整性。根據三階交調截點（IP3）測量，合適的正交解調器必須能夠在噪聲系數和線性度之間達到很好的平衡。正交解調器幅度和相位誤差會導致帶內鏡像或無用邊帶能量。在多載波接收機中，強帶內干擾信號可能會與接收機靈敏度水平的調制載波相鄰。為了使接收機獲得良好性能，在基帶解調過程中維持適當的幅度和相位平衡至關重要。鏡像抑制要求取決于最強和最弱帶內信號之間的差值、解調所需的信噪比（Eb /No ）和其他噪聲貢獻余量。3G LTE標準要求至少 60dB的總鏡像抑制性能。此外，在指定解調器本振（LO）相位噪聲時，還必須考慮到寬帶接收機中相互混頻這一重要現象。LO相位噪聲會對附近的未濾波阻塞進行調制，向所需通道中增加Pblocker_dBm - LO_Noise dBc/Hz噪聲。直接變頻信號鏈（圖 1）可以為 3G和 4G系統(tǒng)提供低成本的接收機解決方案。其架構沒有其他接收機復雜，并且無需實中頻采樣架構中使用的多個表面聲波（SAW）和分立濾波器。基帶通道濾波器通常采用分立低通設計，可在數字化處理之前提供帶外阻塞和寬帶噪聲抑制。與超外差或實中頻采樣架構所用的IF濾波器相比，該設計的插入損耗和成本要低得多。借助I/Q解調器，基帶截止頻率只需為復合調制信號（以 0 Hz為中心）總信號帶寬的一半。