基于合成器的IF調(diào)諧無線接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)

　　前言

　　為了提高現(xiàn)代無線設(shè)備的靈敏度和可選擇性，需要盡可能地減小相位噪聲和參考雜散，并縮短鎖定時(shí)間。本文中所述電路可以改善本振(LO)的所有這些性能。

　　相位噪聲是對LO信號(hào)的純度的一種量度。相位噪聲是載波功率相對于給定的頻率偏移處(頻率合成器通常定義1kHz 頻率偏移)1-Hz的帶寬上的功率。其計(jì)算結(jié)果以dBc/Hz為單位表示。

　　由于頻率合成器內(nèi)部的開關(guān)切換，輸出信號(hào)中會(huì)出現(xiàn)雜散(spurs)。在整數(shù)N分頻的合成器中，它們一般是由于鑒相器(PFD)的工作頻率點(diǎn)上的信號(hào)分量所引起的;在小數(shù)N分頻中，它們是由合成器本身架構(gòu)的特點(diǎn)所造成的。在整數(shù)N分頻鎖相環(huán)(PLL)中，它們被稱為參考雜散(reference spurs)。

　　鎖定時(shí)間是指輸出從一個(gè)頻率切換到另一個(gè)頻率所需要花費(fèi)的時(shí)間——這對于許多系統(tǒng)來說是一個(gè)重要的指標(biāo)。一般說來，當(dāng)輸出穩(wěn)定到所期望的最終頻率附近、差異在某一百分比[或者以百萬分之一(ppm)衡量]之內(nèi)，或是相位鎖定在所需要相位度數(shù)的附近，此時(shí)我們說，輸出被切換到或者鎖定到新的頻率上了。

　　傳統(tǒng)的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)方式

　　圖1所示的是最通用的的接收機(jī)架構(gòu)的功能框圖(超外差接收機(jī))。這里所示出的系統(tǒng)是滿足DCS1800移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)的典型結(jié)構(gòu)。在該標(biāo)準(zhǔn)中，接收(Rx)頻段是1805MHz～1880MHz。

　　圖1中，RF輸入信號(hào)先流經(jīng)一個(gè)RF濾波器，接下來再經(jīng)過一個(gè)低噪聲放大器(LNA)。隨后，信號(hào)在混頻器中與一個(gè)可調(diào)諧的LO輸入進(jìn)行混頻，變換到中頻段(IF)?；祛l后的信號(hào)接受進(jìn)一步的濾波，在通過一個(gè)最終的混頻器，與一個(gè)固定頻率的LO信號(hào)混頻，從固定的IF頻段下變頻到基帶信號(hào)頻段上。

　　可調(diào)諧的RF LO信號(hào)是利用一路干凈和穩(wěn)定的參考頻率信號(hào)來生成的，該基準(zhǔn)信號(hào)輸入至ADF4106 PLL合成器和一個(gè)壓控振蕩器(VCO)中后最終形成LO信號(hào)。參考頻率信號(hào)可以由溫補(bǔ)晶振(TCXO)、壓控晶體振蕩器(VCXO)或者恒溫晶體振蕩器(OCXO)來產(chǎn)生。 在整數(shù)N分頻系統(tǒng)中，PLL合成器的R分頻器將該參考信號(hào)變換成為一個(gè)頻率等于信道間隔的信號(hào)——或者，在小數(shù)N分頻系統(tǒng)中，將信號(hào)頻率變換成信道間隔的倍數(shù)。PFD則對環(huán)路輸出FVCO除以N后的結(jié)果與R分頻器的輸出進(jìn)行比較，然后，環(huán)路驅(qū)動(dòng)VCO，使得FVCO = FPFD × N，以使PFD輸出歸零?？梢酝ㄟ^改變N來改變LO輸出頻率，從而對無線電路進(jìn)行調(diào)諧。

　　LO的相位噪聲取決于多方面的因素：參考信號(hào)噪聲、合成器中的噪聲(R分頻、N分頻、PFD和電荷泵)，N值，以及PFD的工作頻率。

　　LO的相位噪聲(dB)可以用如下的公式來表示：

　　式中

　　PNSYNTH是合成器對相位噪聲的貢獻(xiàn)(在數(shù)據(jù)手冊中給出，單位是dB)

　　20 logN是合成器中的N值所帶來的附加噪聲

　　10 logFPFD是合成器的PFD頻率所產(chǎn)生的噪聲分量

　　*欲獲得更多詳情，請參閱“Design a Direct 6-GHz Local Oscillator with a New， Wideband， Integer-N， PLL Synthesizer”(Analog Dialogue， Volume 35， No. 6， November-December， 2001)

　　參考雜散取決于如下因素：PFD設(shè)計(jì)，PFD電路中電荷泵的漏電，PLL環(huán)路帶寬，VCO靈敏度。鎖定時(shí)間取決于PFD頻率和PLL環(huán)路帶寬。

　　在接收機(jī)中， 如果IF選定為230MHz，經(jīng)過調(diào)諧的RF信號(hào)將在2035～2110MHz范圍內(nèi)變化(使用高端注入)，步進(jìn)為200kHz。如果使用整數(shù)N分頻架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的話，則需要使用200kHz的PFD頻率，而N值將從10175(2035MHz)變化為10550(2110MHz)。

　　在商業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中所期望的帶內(nèi)相位噪聲為-85.6 dBc/Hz，采用適合的鎖相環(huán)，如ADF4106，系統(tǒng)的典型基準(zhǔn)寄生為-88dBc @ 200kHz和-90dBc @ 400kHz。

　　圖1 傳統(tǒng)的超外差接收機(jī)的系統(tǒng)框圖

　　如果環(huán)路帶寬選取為20kHz，則相位差小于10度時(shí)對應(yīng)典型的鎖定時(shí)間將為250μs。