直接變頻接收機可實(shí)現多標準/多頻段接收

高性能直接變頻信號鏈

直接變頻接收機將射頻已調載波直接解調到可以直接檢測信號并恢復所傳信息的基帶頻率。直接變頻架構最早發(fā)明于1932年，用來(lái)替代超外差接收機。由于省去了中頻級，因而元器件數量也減少，使其成為一個(gè)具有吸引力的解決方案。通過(guò)省去所有的中頻級，將信號直接變頻到零中頻，消除了超外差架構中所存在的鏡像問(wèn)題。不過(guò)，直接變頻架構也存在一些挑戰，包括本振泄漏、直流偏置、失真大，這都使得實(shí)際實(shí)現變得很困難。不過(guò)，目前集成射頻電路技術(shù)的最新進(jìn)展，已使得傳統的直接變頻(零差拍)架構可以用于寬帶高性能接收機應用。

圖1：寬帶直接變頻接收機架構。

圖1所示為寬帶直接變頻接收機架構。在信號鏈中，已標出一些關(guān)鍵器件的指標。接收機信號通道從連接到一個(gè)雙工器的天線(xiàn)口開(kāi)始。雙工器通常用于頻分雙工(FDD)系統，如W-CDMA和某些版本的WiMAX。該雙工濾波網(wǎng)絡(luò )確保發(fā)射機不會(huì )產(chǎn)生太多的許可頻段之外的有害能量，同時(shí)有助于抑制接收機輸入過(guò)驅引入的任何帶外有害信號。通常，在幾級低噪聲放大器之后，都會(huì )跟有附加的頻段可選濾波以及衰減/匹配網(wǎng)絡(luò )，目的是優(yōu)化有用頻率范圍內的接收性能。圖示中的幾級LNA提供了極好的寬帶性能，還利用外部調諧網(wǎng)絡(luò )提升了窄帶性能。而在接收機需要解決一個(gè)非常寬的頻段接收時(shí)，也許有必要采用一個(gè)開(kāi)關(guān)矩陣來(lái)配置專(zhuān)門(mén)為一些特定頻段優(yōu)化的天線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和LNA前端。在低噪聲前端之后，利用IQ解調器將有用載波頻率下變頻到基帶頻率，一個(gè)與有用信號的載波頻率相同的本振信號加到I/Q混頻器上，在基帶I/Q輸出口，產(chǎn)生和頻與差頻，而低通濾波器抑制和頻，只允許差頻通過(guò)。對于零中頻來(lái)說(shuō)，所展現的差頻就是有用信號的基帶包絡(luò )。利用可變增益放大有利于量化濾波后的基帶I/Q信號的幅度。利用VGA可以將I/Q信號電平調整到模數轉換器所需的最佳電平。通常，在A(yíng)DC之前還需要加入額外的濾波，以確保不會(huì )將高頻噪聲和可能的泄漏、或者干擾混疊到有用信號分析帶寬內。

接收機動(dòng)態(tài)范圍

該接收機采用了可以提供寬頻段覆蓋和瞬時(shí)大動(dòng)態(tài)范圍的高性能射頻集成電路。瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍是用在多載波應用環(huán)境中所有接收機的一個(gè)關(guān)鍵指標，因為這里與有用信號相鄰的可能是一些功率電平很高的強干擾信號。雙音SFDR能夠使系統設計師對非線(xiàn)性特性進(jìn)行更精確的預測。而通常的實(shí)際做法是，利用單音或雙音干擾信號，測試接收機在強信號阻塞條件下的恢復能力。通過(guò)研究雙音激勵條件下接收機的非線(xiàn)性特性，能夠計算各種截點(diǎn)，有助于對接收機量化以及為失真性能和總動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行建模。

圖2：圖1中所示接收機的雙音互調性能。

圖2給出了當有用信號頻率臨近地方存在兩個(gè)連續波強干擾時(shí)接收機的I+jQ輸出頻譜。本測試范例中，所加的輸入信號電平為C30dBm。這代表著(zhù)比任何所規定的3G和4G蜂窩系統中所需的阻塞測試條件都要更加嚴苛的阻塞場(chǎng)景。對靠近或基帶頻率上的信號進(jìn)行采樣時(shí)，由2^nd、3^rd、4^th，甚至是5^th和7^th諧波所導致的失真將會(huì )影響大信號輸入條件下的性能。特別地，I/Q解調器的非線(xiàn)性特性需求特別高，以確保產(chǎn)生自有用信號和無(wú)用信號的互調項不會(huì )劣化感興趣的有用信號。這里與只是將焦點(diǎn)集中在絕大多數窄帶中頻采樣接收機設計中的常見(jiàn)失真-即三階截點(diǎn)(IP3)上不同，關(guān)注由偶數和奇數非線(xiàn)性所引起的失真項也很重要。這類(lèi)非線(xiàn)性通常用IP2、IP4和IP5進(jìn)行量化。通常，為了保證穩健可靠的工作，重要的是要評估在最壞輸入條件下進(jìn)入接收機分析帶寬中的所有雜散信號。在這類(lèi)嚴重的阻塞條件下，由高階非線(xiàn)性所產(chǎn)生的互調產(chǎn)物將會(huì )落入頻帶內并降低接收機的靈敏度。圖2中標出了比較關(guān)鍵的非線(xiàn)性項。請注意幾個(gè)奇數項與輸入基頻的靠近程度。這有助于解釋究竟距離多近的干擾信號將會(huì )引起落入有用信號帶內的互調產(chǎn)物。當采用直接變頻架構時(shí)，干擾信號的差頻(f2Cf1)-接收機的有限2^nd階非線(xiàn)性的產(chǎn)物，也會(huì )落入有用信號的頻帶內。

ADIsimRF?是ADI公司的免費在線(xiàn)信號鏈計算器，可以用來(lái)對各種測試條件下的接收機的動(dòng)態(tài)噪聲和失真特性進(jìn)行建模。非線(xiàn)性截點(diǎn)特性可以通過(guò)建模并測試出來(lái)，一直到高達7th次非線(xiàn)性項，并且可以與有ADIsimR所預測的級聯(lián)截點(diǎn)進(jìn)行比較。通過(guò)對單個(gè)器件和整個(gè)級聯(lián)的非線(xiàn)性特性進(jìn)行評估，整個(gè)接收鏈路能夠得到更好的優(yōu)化，從而實(shí)現最高的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)范圍性能。利用該方案的高靈敏度接收機的噪聲系數小于2dB，且在施加W-CDMA規范(ETSI EN 302 217-2-2 V1.2.3 (2007-09))所規定的單音和雙音干擾電平時(shí)，接收機的降敏小于1dB。