采用PLL技術(shù)的接收機射頻前端的設計

射頻前端模塊性能關(guān)系到整個(gè)接收機的性能。本文通過(guò)對接收機進(jìn)行研究，分析了超外差接收機的特點(diǎn)，提出了一種采用PLL技術(shù)的接收機的射頻前端方 案，及對射頻前端的關(guān)鍵技術(shù)指標進(jìn)行了分析。并通過(guò)軟硬件平臺進(jìn)行驗證，實(shí)測本地振蕩信號和接收機解調信號進(jìn)行對比后表明系統指標達到要求。該射頻接收前 端具有高靈敏度、低噪聲、穩定的中頻輸出、結構緊湊等特點(diǎn)，對其它移動(dòng)通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著(zhù)非常重要的參考價(jià)值。

1、引言

現代無(wú)線(xiàn)通信始于19世紀末的無(wú)線(xiàn)電通信，在20世紀初到70年代，無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)得到發(fā)展和廣泛應用，它為人類(lèi)提供了一種嶄新的通信手段。無(wú)線(xiàn)通信讓人們實(shí)現了地球距 離甚至是星球距離的通信，無(wú)線(xiàn)通信不只延伸了人類(lèi)的通信距離，而且以電子技術(shù)、微處理技術(shù)進(jìn)步為基礎的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的快速發(fā)展，也向人們昭示--以無(wú)限制 自由通信為特征的個(gè)人通信時(shí)代是人類(lèi)通信的未來(lái)。

如何實(shí)現低成本、高性能的無(wú)線(xiàn)射頻接收機終端是一項具有挑戰意義的工作，無(wú)線(xiàn)射頻接收機終端的設計對其它移動(dòng)通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著(zhù)非常重要的參考價(jià)值。它要求現在無(wú)線(xiàn)通信射頻接收機在保證極高的靈敏度的前提下，盡可能的提高接收機的線(xiàn)性度，使信號失真最小，誤碼率最低，盡可能的展寬接收機的動(dòng)態(tài)范圍，使接收機的適應性更大，抗干擾能力更強。

2、接收機總體功能描述

超外差結構自從1977 年由Armstrong 發(fā)明以來(lái)，已被廣泛采用.超外差接收機^[3]系統如圖一所示：

圖1、超外差接收機結構

接受到的信號在第一次下變頻模塊之前使用一個(gè)外部鏡像干擾抑制濾波器，可以使鏡像干擾大大削弱，達到一個(gè)可以忽略鏡像頻率的水平，在下變頻以后使用中頻濾波 器可以進(jìn)行正常的信道選擇。第二次下變頻后通常是解調出正交的兩路信號，使得同相的和正交的兩路信號在數字處理部分變得容易，在本設計中通過(guò)解調器將信號 還原成I/Q 兩路基帶信號，并采用運算放大器進(jìn)行放大輸出。最后得到的信號可以送入ADC 中采樣，經(jīng)后級的DSP處理恢復出原始信號。

在超外差式接收機中，第一次混頻前的高頻放大器必須是低噪聲放大器，因為變頻器的噪聲系數一般都比較大，而RF 帶通濾波器和鏡頻抑制濾波器是無(wú)源濾波器，有一定的損耗，按多級線(xiàn)性系統級聯(lián)的噪聲公式：

(1)

得知，如果沒(méi)有低噪聲放大器，則整個(gè)系統的噪聲系數將很大。因此在變頻器前引入具有一定增益的低噪聲放大器可以減弱變頻器和后面的中頻放大器的噪聲對整個(gè)系統的影響，從而對提高靈敏度有利。

超外差體系結構通過(guò)適當的選擇中頻濾波器和鏡像濾波器可以獲得極佳的選擇性和靈敏度，被認為是最可靠的接收機拓撲結構，但需要付出一些成本以獲得充分的性 能。鏡像干擾抑制和信道選擇所需要的外部高Q 帶通濾波器增加了成本和尺寸。本設計采用超外差式結構的接收機，主要是因為中頻信號比載頻低很多，在中頻段實(shí)現對有用信道的選擇要比在載頻段實(shí)現信道的選 擇容易很多，對濾波器Q 值的要求低很多。另外，采用超外差接收機方案，將接收機的總增益分散到射頻，中頻和基帶上，系統穩定性得以提高。

3、接收機關(guān)鍵部分的設計

3.1、接收機前端放大及混頻電路的實(shí)現

本部分我們需要進(jìn)行以下設計：
（1）低噪聲放大器必須有很低的噪聲，合適的增益，高的三階互調截點(diǎn)及低的功耗。
（2）混頻器應有高的三階互調截點(diǎn)及低的噪聲。對本振信號的泄露抑制要好。
（3）好的靈敏度和高的動(dòng)態(tài)范圍。

LNA 采用AD 公司的ATF 系列低噪聲放大器。低噪聲放大器是射頻接收機前端的主要部分。首先，位于接收機的最前端，就要求它的噪聲越小越好。為了抑制后面各級噪聲對系統的影響，還 要求有一定的增益，但為了不使后面的混頻器過(guò)載，產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，所以它的增益又不宜過(guò)大。低噪聲放大器必定是一個(gè)小信號線(xiàn)性放大器。所選取的低噪放工作 帶寬為450MHz 到6GHz，噪聲系數在0~4GHz 內小于1 個(gè)dB，在2GHz 內小于0.5dB。

實(shí)測電路中LNA 的增益為18dB，噪聲系數估算出小于1dB。

超外差接收機需要外接鏡頻抑制濾波器來(lái)濾除鏡像頻率干擾，因為鏡像頻率無(wú)法在中頻濾波器中被濾掉，如果鏡像干擾被混頻后進(jìn)入到帶內，對有用信號的影響是非常 大的，所以在本設計中為了消除鏡像干擾，在變頻器前加入了高Q 值的濾波器，同時(shí)還可以也可以濾除由于LNA 的非線(xiàn)性引入的各種互調失真干擾。