可滿足高性能數(shù)字接收機動態(tài)性能要求的ADC和射頻器件

摘要：針對數(shù)字式接收機對其所采用器件的動態(tài)性能要求，給出了一個欠采樣接收機的結構圖。同時給出了滿足該高性能數(shù)字接收機動態(tài)性能要求的新型器件及主要性能參數(shù)。

許多數(shù)字接收機都對其選用的高性能ＡＤＣ及模擬器件的動態(tài)性能具有較高要求。如蜂窩基站數(shù)字接收機就要求有足夠的動態(tài)范圍，以便處理較大的干擾信號，從而把電平較低的有用信號解調出來。通過Ｍａｘｉｍ公司的１５位６５Ｍｓｐｓ模數(shù)轉換器ＭＡＸ１４１８或１２位６５Ｍｓｐｓ模數(shù)轉換器 ＭＡＸ１２１１配以２ＧＨｚ 的ＭＡＸ９９９３或９００ＭＨｚ的ＭＡＸ９９８２集成混頻器，即可為接收機的兩級關鍵電路提供出色的動態(tài)特性，此外，Ｍａｘｉｍ公司的中頻（ＩＦ）數(shù)字可調增益放大器(ＤＶＧＡ)ＭＡＸ２０２７ 和ＭＡＸ２０５５也能夠在許多系統(tǒng)中提供較高的三階輸出截點(ＯＩＰ３)，以滿足系統(tǒng)所需要的增益調節(jié)范圍。

１ 欠采樣接收機的系統(tǒng)結構

蜂窩基站(ＢＴＳ：基站收發(fā)器)通常由多個不同的硬件模塊組成，其中之一就是完成ＲＦ接收(Ｒｘ)及發(fā)送(Ｔｘ)功能的收發(fā)器(ＴＲｘ)模塊。在老式模擬ＡＭＰＳ及ＴＡＣＳ ＢＴＳ中，一個收發(fā)器只能處理一路全雙工Ｒｘ和Ｔｘ ＲＦ載波，因而要用很多個收發(fā)器才能提供足夠的載波。如今在全球范圍內，模擬技術已被ＣＤＭＡ 和ＷＣＤＭＡ所取代，歐洲也已在１０年前采用了ＧＳＭ。在ＣＤＭＡ中，多個主叫用戶可使用同一個ＲＦ頻率，這樣，一個收發(fā)器就要同時處理多個主叫用戶的信號。目前已有多種ＣＤＭＡ和ＧＳＭ的設計方案，ＢＴＳ制造商也一直致力于探索可降低成本和功耗的方法，對單載波解決方案進行優(yōu)化或開發(fā)多載波接收機就是行之有效的方案。圖１是ＢＴＳ設備常用的欠采樣接收機的結構框圖。

圖１中，Ｍａｘｉｍ公司的２ＧＨｚ ＭＡＸ９９９３和９００ＭＨｚ ＭＡＸ９９８２混頻器可為許多設計提供所需的增益和線性度，而且具有極低的耦合噪聲，這樣就不再需要那些損耗較高的無源混頻器。而ＭＡＸ２０２７和ＭＡＸ２０５５則分別工作在接收機的第一、二中頻級，此兩款器件在其整個增益調節(jié)范圍內?ＯＩＰ３均可達到＋４０ｄＢｍ。圖１中的數(shù)據轉換器采用的是ＭＡＸ１４１８(１５位、６５Ｍｓｐｓ) 和ＭＡＸ１２１１(１２位、６５Ｍｓｐｓ)。實際上，Ｍａｘｉｍ公司其它采樣速率的數(shù)據轉換器器件也可滿足大多數(shù)設計要求。若將圖１中的第二下變頻器省去(虛線中所示)，那么，圖１所示電路就變成了單路下變頻器結構。

２ 高性能器件推薦

２．１ 低噪聲ＡＤＣ器件ＭＡＸ１４１８

圖１所示的欠采樣接收機結構對ＡＤＣ的噪聲和失真有著嚴格的要求。在接收機中，電平較低的有用信號單獨被數(shù)字化或同時伴隨有無用的、需要倍加關注的大幅度信號，因此要想使接收機正常工作，ＡＤＣ的有效噪聲系數(shù)要按這兩種信號的極端情況（即有用信號最小、無用信號達到最大值）來計算。對于較小的模擬輸入信號，ＡＤＣ的噪聲基底中占支配地位的熱噪聲和量化噪聲決定著ＡＤＣ的噪聲系數(shù)（ＮＦ）。

ＭＡＸ１４１８系列產品對ｆＩＮＰＵＴ ＜ ｆＣＬＯＣＫ／２時的基帶應用特別適用。當轉換器工作在這個頻段時，這些基帶特性極佳的器件將具有最佳的動態(tài)范圍，其中包括針對６５Ｍｓｐｓ時鐘速率的ＭＡＸ１４１９及針對８０Ｍｓｐｓ時鐘速率的ＭＡＸ１４２７，它們的基帶ＳＦＤＲ（無雜散動態(tài)范圍）均可達到９４．５ｄＢｃ。

實際上，ＭＡＸ１４１８也可與１４位接口器件一起工作，此時的ＳＮＲ會有輕微損失，而ＳＦＤＲ則不受影響。

當ＡＤＣ的前端增益為３６ｄＢ時, 天線端的超過－３０ｄＢｍ的單音阻塞電平將超出ＡＤＣ的輸入量程。依照ＣＤＭＡ２０００蜂窩基站標準規(guī)定，天線端允許的最大阻塞電平為－３０ｄＢｍ，此時的前端增益就需要降低６ｄＢ，這樣，在標準規(guī)范允許的余量范圍內?允許加到ＡＤＣ上的最大阻塞信號可能更大。假設留有２ｄＢ的余量，前端增益減小６ｄＢ會使天線端的最大阻塞電平變?yōu)椋�２６ｄＢｍ，并使ＡＤＣ的最大允許輸入信號變?yōu)椋�４ｄＢｍ。也就是說，當出現(xiàn)單音阻塞時，蜂窩標準允許的總干擾（噪聲＋失真）相對于參考靈敏度來說將惡化３ｄＢ，而這３ｄＢ 在噪聲和失真之間如何分配就是設計人員要考慮的問題了。

２．２ 采用一次下變頻結構的ＭＡＸ１２１１轉換器

如果在較高的ＩＦ段能夠獲得足夠的ＳＮＲ和ＳＦＤＲ指標，那么，欠采樣電路便可用于一次下變頻結構。Ｍａｘｉｍ公司的ＭＡＸ１２１１型、１２位、６５Ｍｓｐｓ轉換器就是采用這一結構設計的，它的引腳與即將推出的８０Ｍｓｐｓ 及９５Ｍｓｐｓ轉換器兼容，此系列器件可對頻率高達４００ＭＨｚ的輸入中頻信號進行直接采樣，此外，它還具有其它先進的性能，如時鐘輸入可以是差分信號也可以是單端信號，時鐘占空比可在２０％到８０％之間調整等。另外，ＭＡＸ１２１１還設計有數(shù)據有效指示器（以簡化時鐘及數(shù)據時序），并采用小型４０引腳ＱＦＮ(６ ｘ ６ ｘ ０．８ｍｍ)封裝，二進制補碼和格雷碼數(shù)字輸出格式。

較之兩次變頻結構，一次變換器具有明顯的優(yōu)勢。由于省去了第二級下變頻混頻器、第二級中頻增益電路及第二級ＬＯ合成器，故元件數(shù)量及電路板空間可減少約１０％，同時成本也將有較大降低。

２．３ ＩＦ放大器ＭＡＸ２０２７和ＭＡＸ２０５５

ＭＡＸＩＭ公司也提供每級增量為１ｄＢ的數(shù)控增益、高性能ＩＦ放大器。其中ＭＡＸ２０２７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，其最大增益時的噪聲系數(shù)只有５ｄＢ。而ＭＡＸ２０５５則是單端輸入／差分輸出的ＤＶＧＡ，可在３０ＭＨｚ至３００ＭＨｚ頻率范圍內驅動高性能ＡＤＣ。在ＭＡＸ２０５５的差分輸出和ＡＤＣ的差分輸入之間可用一個升壓變壓器來提供差分驅動，這樣有利于輸出信號之間的平衡。這兩個ＤＶＧＡ通常工作在５Ｖ偏置，并在整個增益設置范圍內可以達到＋４０ｄＢｍ的ＯＩＰ３。

２．４ 高線性混頻器ＭＡＸ９９９３和ＭＡＸ９９８２

在接收電路中，混頻器往往承受的是性能要求比較嚴格的較大輸入信號。理想狀態(tài)下，其輸出信號幅值和相位與輸入信號的幅值和相位成正比，而且這種比例與ＬＯ信號無關。因此，混頻器的幅度響應與ＲＦ輸入呈線性關系，且與ＬＯ輸入信號無關。

然而，混頻器的非線性也會產生一些不希望的混頻信號，稱之為雜散響應，這些雜散信號是由到達

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