超外差接收机设计

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1、超外差接收机设计超外差接收机设计flaming第一章第一章 技术指标（基本函概）技术指标（基本函概）图表 1 传统的两级变频超外差接收机框图1.11.1 接收信号频段接收信号频段1.21.2 接收机噪声系数接收机噪声系数1.31.3 接收机增益接收机增益1.41.4 接收机接收机 RFRF 和和 IFIF 滤波器指标滤波器指标包括通带插损、阻带抑制和带内波动等。RF 滤波器（预选器）主要功能是：限 制输入信号的带宽以使互调失真最小； 削弱寄生响应，主要是镜象频率和 1/2 中频频率问题； 抑制本振能量，以防止其到达天线。 IF 滤波器主要功能是相邻信道选择性 ACS 和接收机三阶互调系数改善。

2、1.51.5 灵敏度：灵敏度：接收机正常工作条件：输出功率和输出信噪比达到要求。所以，接收机灵敏度为 在给定要求的输出信噪比（误码率）的条件下，接收机所能检测到的最低（最小）输 入信号电平。与信道类型和传播情况有关。1.61.6 动态范围动态范围接收机高性能工作所能承受的信号变化范围。1.71.7 阻塞和杂散响应抑制阻塞和杂散响应抑制由于一些无用信号的存在，使接收机接收有用信号质量降低而不超过一定限度的 能力。1.81.8 互调响应抑制互调响应抑制指接收机在与有用信号频率某一特定关系的两个或多个干扰信号存在时。收信机 接收有用信号的质量降低不超过一定限度的能力。1.91.9 相邻信道选择性相邻

3、信道选择性(ACS)(ACS)指当相邻信道上存在信号时，接收机有用信号质量降低不超过一定限度的能力。 该指标检验接收机邻道选择性。ACS 定义为指定信道的接收滤波器在该信道上的衰减 和对相邻信道信号的衰减的比率。1.101.10 杂散辐射杂散辐射指发射机不发射功率时，在天线口测得的由接收机引起的辐射功率，主要是天线 连接器和机箱的辐射引起。第二章第二章 设计关键器件选型设计关键器件选型2.1 射频滤波器指标射频滤波器指标接收链路上的 RF 滤波器主要用于对带外阻塞电平、混频镜像和半中频点的抑制，根 据分析的结果，可以确定接收链路上 RF 滤波器的技术指标。发射链路上 RF 滤波器 主要用于抑制

4、发射机输出的杂散，如本振泄漏、谐波等。 RF 滤波器包括：滤波器包括：AS 单元的天线滤波器、单元的天线滤波器、LNA 输出滤波器和收发信机的输出滤波器和收发信机的 RF 滤波器。滤波器。下表为大唐 TD-SCDMA 对 RF 滤波器的要求，主要来自于协议要求（其中灰色部分 为发射要求） ， （对于有些频率评论不太清楚）但是 imger(IF/2)LO-IF/2 本文其他地 方没有提及，主要是： LO-imger(IF/2)IF/2 的二次谐波。表格 1 大唐 TD 中 RF 滤波器指标2.2 中频滤波器指标中频滤波器指标1. 考虑接收机 IIP3，为了减小 IF 滤波器后面的链路对整机 II

5、P3 的影响，在 IF 滤 波器偏离中心频率（测试频率）处，提出滤波器选择性 S 的值，要求 S 大。 2. 对于收信机，中频滤波器主要考虑选频和 ADC 之前的抗混叠滤波，在发信通道上 中频滤波器主要用于抑制 DAC 输出的镜像。下面参考大唐 TDSCDMA 设计：2.3 混频器的选择混频器的选择对于发信机，混频器关键在于 LO 到 RF 端口的隔离。为了获得良好得线性度，混频 器输入口输入信号要小，通常负十几 dBm（具体要通过评估板测试看看） ，同时高的 本振电平也可以提高混频器线性度（参考本文参考本文 3.2） 。 对于收信机，混频器主要指标是 IIP3（主要 3 阶互调成分）和 II

6、P2（主要半中频） ， 采用高的 LO 电平，可以提高混频器的 IIP3。第三章第三章 问题解答问题解答3.1 双平衡无源混频器双平衡无源混频器 PLO和和 RF 入口入口 P-1dB关系关系在 TDSCDMA 系统 RXB 和 TXB 中，本振信号采用的是 17 dBm 的大信号，采 用如此大信号的原因如下。对于 RXB 和 TXB 中采用的无源混频器的基本电路结构如 下图所示。图表 2 无源混频器基本电路结构在该电路中输入输出两个变压器由于其对共模成分的抑制，从而实现了 LO、IF 和 RF 这三者之间的相互隔离，实现值在 30 dB 以上，符合所用混频器 SYM-22H 数 据手册上的指

7、标。对于上图所示的混频器的基本结构，4 个二极管的作用是在本振信 号的激励下产生周期的开关功能，从而本振信号的幅度必须要大于二极管的开启电压。对于 Ge 二极管而言，开启电压的峰值是 0.35 V， （均值）从而本振信号的强度21必须大于（1）dBm 9 . 61000250235. 0log102 LOP此时为保证正常工作，输入的射频信号幅度必须满足（2）22LO RFLOVVV从而输入射频信号的强度就必须小于（3）dBm 1100025035. 0log102 RFP1 dBm 最大输入射频信号强度的指标并不是很好。根据 SYM-22H 数据手册，其 最大输入信号可到 10 dBm。对于这

8、样的指标，混频器的基本电路结构必须改变，也 既是每个二极管都用 3 个二极管来替换，如下图所示。则此时输入射频信号的强度就为（4）dBm 101000250335. 0log102 RFP同样本振信号就必须满足（5）dBm 1610002502335. 0log102 LOP这就是为什么在 SYM-22H 数据手册中，最大输入信号的指标要达到 10 dBm，本 振信号必须为 17 dBm 的原因。3.2 半中频信号的抑制来自何处？半中频信号的抑制来自何处？SYM-22H 混频器对半中频信号自然就有 40 dB 以上的抑制，这种抑制来自何处？ 通过对电路结构的分析可以得到解释。 由于本振信号的激

9、励，使得二极管桥周期开关，形成开关电路。理想情况下，开 关电路的特性可表示为下图。此时开关函数的傅立叶级数展开为（6）12sin2sin4)(nLOtnn ntK 最终，输出中频信号为（7）RFtnn nIFnLO 12sin2sin4 对于半中频而言，是由本振的 2 次谐波和射频的 2 次谐波混叠产生。根据公式 （6） ，本振的 2 次谐波（n = 2）不存在，也既是说理想情况下，双平衡无源混频器对 任何偶次谐波的抑制为无穷大。但是实际情况下，电路不能做到完全的平衡，例如下 图所示。上图的来历是对混频器的仿真结果。从而根据上述讨论，由于电路结构的不能完 全平衡和器件非理想特性，从而导致了混频

10、器对半中频信号存在 40 dB 以上的有限抑 制。第四章第四章 CDMA 手机射频前端设计中的几个关键问题手机射频前端设计中的几个关键问题CDMA(码分多址)要求在低于 0dB 载-干比的接收信号中解读出有用的信号，要求 CDMA 手机或者基站有一个高性能的射频前端和 DSP 基带处理电路。本章提供了一 系列根据协议 IS-98-A 估算 CDMA 移动台射频参数的方程。outcorrI_：相关器输出端干扰信号；：相关器输入端干扰信号；incorrI_RFBW：CDMA 系统传输带宽（射频信道带宽） ； ：基带信号带宽；INFOR ：相关器输入载干比；incorrIC_ ：相关器输出载干比；o

11、utcorrIC_GP：相关器处理增益；：相关器输出端，平均每个信息位的能量与等效噪声功率谱密度比；tbNE：基站天线接口处测得前向 CDMA 信道功率；orI：在移动台天线入口处测得接收信号；orI)：一个限制带宽的白噪声干扰源ocI：基站前向业务信道平均每个 PN 码片的发送功率占整个前向信道发送功率的比率；orcITrafficE：单音干扰引起的、落入接收频带内的等效输入干扰电平；stI：单音干扰引起互易混频干扰信号电平；RMXGI：单音干扰引起的交调干扰信号电平；XMODI4.1 IS-95 前向信道及基本前向信道及基本 CDMA 方程方程CDMA 系统基于直序扩频(DS-SS)通信技

12、术。基本原理基本原理： 利用一个伪随机（PN）序列对基带信号进行调制，由于 PN 序列的码片速率远远大于 基带信号速率，经过调制后，基本带信号频谱被展宽到 PN 序列带宽，并具有了伪随 机和类似噪声的特征。 接收机接到信号后，利用一个与发端 PN 码同步的副本做相关的运算进行调制。由于 PN 序列是一种自相关的二进制序列，不同 PN 序列之间具有很低的互相关。当相关 器中的 PN 序列和嵌入 CDMA 信号的 PN 序列相匹配时，目标信号被解扩到扩频前的原始带宽；不匹配的输入信号（接收噪声、干扰信号或其他不同步的 CDMA 信号） 则扩频到 PN 序列的带宽。 紧跟解扩器之后的数字滤波器具有与

13、基带信号相同的带宽，完全选通基带信号而只允 许干扰信号频谱中一部分通过。 在基站的发射机输出端，通信信道、引导信道、同步和寻呼信道都经多路复用且后在 一个无线信道上发送。因此，每个用户通信信道的功率表示这一前向 CDMA 信道总 功率的一小部分。通过数字滤波器进行带宽限制后，一个 CDMA 无线信道的 3dB 带 宽为 1.23MHz。 由于 CDMA 系统的信息是双相位调制的，调制过的信号包络并不是固定的。前向 CDMA 信号的峰值与平均值比率（PTAR）是 10dB。因此，为了对接收信号进行相应 的检测和解调，接收机应该在接收信号功率所允许的范围内保持线性。所以，相关器输出端的干扰信号ou

14、tcorrI_相比与输入端的干扰信号被减小了一定incorrI_的比例。该比率就是 CDMA 的传输带宽RFBW与基带信号带宽之比，同时相关器INFOR输出端载干比相对于输入载干比也相应增加了相同的比率，这outcorrIC_incorrIC_个比率叫 CDMA 系统的处理增益 GP。相关器处理增益 （）Gp 系统传输带宽 / （） 基带带宽系统 传输 通道 带宽为BWRF基带 带宽为RINFO输入干扰信号 Icorr-in输出干扰信号 Icorr-out输入载 干比 （） C/Icorr-in输出载 干比 （）C/Icorr-out基站天线口 信道发射功 率Ior基 站移动台天线 口 信道接

15、收功 率Ior移动 台白噪声干扰源Ioc单一用户业务信道相关 器输出信噪比 TrafficEb Nt单一业务信号功率 Ec图表 3 CDMA 扩频系统参数示图) 1 (INFORF PRBWG )2(_PincorroutcorrGII)3(_PincorroutcorrGICIC经过数字滤波器后，相关器输出端的信号和干扰具有相同的带宽（） ，所以有：INFOR)4()/(_ tbINFOtINFOb outcorrNE RNREIC即：)5(/_Pincorr tbGICNENt为相关器输出端等效噪声功率谱密度，它包括热噪声和来自其他干扰源的干扰。扩 频系统中，干扰信号在解扩器中被转换为噪声

16、。 每个 CDMA 信道（从基站到移动台）由多个逻辑信道（包括一个导频信道，最多一 个同步信道，最多 7 个寻呼信道，和最多 63 个业务信道）组成，它们占有相同的频 带，共享一个 PN 码相位。这些信道通过一个基于 Walsh 函数的 64 位正交 PN 码加以 区分。 业务信道的数据被一个基于 Walsh 码 BPSK 调制，然后再由一对基站 PN 码 QPSK 调 制，最终单一用户的业务信道数据速率达到码片速率（1.2288Mcps） 。基站发送器的 输出，将所有业务信道和导频、同步及寻呼信道被相互叠加到一起，然后安排到同一 射频信道上发射出去。所以每个用户只站前向 CDMA 信道总功率的很小部分，经过 数字滤波后，前向 CDMA 信道 3dB 带宽（BWRF）为 1.23MHz。假设在基站天线