吳星華

    摘要:本文對全集成、3GGP FDD(全雙工) 射頻直接轉(zhuǎn)換零中頻接收器方案作介紹,并詳細(xì)討論接收器二階互調(diào)(IM2)產(chǎn)物產(chǎn)生機(jī)制和功率電平等與動態(tài)范圍相關(guān)量的測算,以及輸入二階截點(diǎn)(IIP2)功率引出與最低要求等接收器的關(guān)鍵指標(biāo)作出分析。

    關(guān)鍵詞: 直接轉(zhuǎn)換接收器  二階互調(diào)(IM2)產(chǎn)物   輸入二階截點(diǎn)(IIP2)   失真效應(yīng)

    前言

    眾所周知,歐洲提出的W-CDMA、北美提出的CDMA2000將是第3代移動通信系統(tǒng)的主要技術(shù),而寬帶COMA技術(shù)是主流。

    近年來，隨著第3代(3G)無線網(wǎng)絡(luò)在日本(IMT-2000)、歐洲(UMST)和美國(CDMA2000)的推廣，在3G移動手機(jī)的商業(yè)開發(fā)中，對低成本、低功耗與小型化的用戶設(shè)備(UE)的需求正在變得日益重要。通過硅處理工藝的正確使用、適當(dāng)?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)技術(shù)和架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，直接轉(zhuǎn)換接收器架構(gòu)已成為高集成度3G手機(jī)平臺最有前途的一種系統(tǒng)方案。

    在本文中，將對全集成、3GGP (第3代移動通信伙伴計(jì)劃)FDD(全雙工) 射頻直接轉(zhuǎn)換零中頻接收器方案(圖1)作介紹，并詳細(xì)討論接收器二階互調(diào)(IM2)產(chǎn)物產(chǎn)生機(jī)制和功率電平測算,以及對輸入二階截點(diǎn)(IIP2)功率引出與最低要求作出分析，因?yàn)檩斎攵A截點(diǎn)(IIP2)是直接轉(zhuǎn)換接收器的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。

    關(guān)于直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)互調(diào)(IM) 產(chǎn)物

    關(guān)于互調(diào)(IM)產(chǎn)生的多階和差產(chǎn)物都是干擾, 互調(diào)失真性能的測量是通信接收機(jī)中最重要的測試之一。無論接收機(jī)的靈敏度有多高,如果它不能很好地抑制強(qiáng)信號,那么該接收機(jī)就沒有使用價值。偶階互調(diào)產(chǎn)物可以通過信送道選擇濾波器之前的濾波電路予以濾除，而二階或三階產(chǎn)物通常是最強(qiáng)的，需要經(jīng)常測試。由于討論的互調(diào)產(chǎn)物是來直接轉(zhuǎn)換自接收機(jī)的有源器件,所以自然在器件輸出端測量各種電壓和功率電平。

    直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)動態(tài)范圍

    直接轉(zhuǎn)換接收機(jī)動態(tài)范圍是表示在允許的噪聲和失真的情況下,接收機(jī)可以處理的最強(qiáng)信號與最弱信號的比值,單位為dB。它是引起最大允許失真的最強(qiáng)信號與具有最小可接受信噪比(S/N)品的最弱信號之間的比值。

    為此需要指出的是,通過后述的“二階失真效應(yīng)”一節(jié)的分析，將介紹并討論在零中頻接收器IC的下變頻器中，產(chǎn)生二階非線性產(chǎn)物-干擾源的所有關(guān)鍵來源,即產(chǎn)生機(jī)制。又將在“關(guān)于IIP2功率導(dǎo)出”一節(jié)中，將對二階輸入截點(diǎn)(ⅡP2) 功率作推導(dǎo)。然后，在最后兩節(jié)中，將注意力放在真正的二階互調(diào)(IM2)產(chǎn)物的估計(jì)及基于規(guī)定的3G標(biāo)準(zhǔn)的二個測試案例，并估算對于3GPP零中頻接收器IIP2的最低要求。之所以要將注意力放在二階互調(diào)(IM2)產(chǎn)物估計(jì)，這是因?yàn)槎A互調(diào)(IM2)是一個與器件(如放大器、混頻器)和接收機(jī)的動態(tài)范圍都相關(guān)的量。

    1、  FDD(全雙工)工作模式與直接轉(zhuǎn)換零中頻接收器結(jié)構(gòu)

    直接轉(zhuǎn)換零中頻接收器,這是一種特殊類型的接收器,其工作原理是超外差式,但用的卻是零IF(中頻),即本振頻率(Fi)等于輸入信號頻率(Fr)。通帶對超外差式來說，IF=Fr±Fi,而對直接轉(zhuǎn)換零中頻接收器來說IF=0=Fr-Fi,則Fr=Fi。

    如圖1所示，直接轉(zhuǎn)換或零中頻接收器結(jié)構(gòu)可以將信號直接解調(diào)為基帶I/Q(同相與正交)信號，是實(shí)現(xiàn)接收器完全片上集成的途徑。I/Q信道變換將產(chǎn)生二個輸出,二者之間差90度。

    從圖1可看出,在3G W-CDMA FDD工作模式下(圖2為 FDD模式操作基本原理示意圖)，為了隔離Rx(接收器)與Tx(發(fā)送器)部分，只需要一個外部雙工器。此外，由于有限的雙工器Tx與Rx隔離會引起解調(diào)器輸入端的帶外阻塞與發(fā)送機(jī)泄露，因此在FDD射頻中需要LNA(噪聲放大器)后端RF濾波器對其進(jìn)行抑制。需要說明的圖1的雙工器為雙工通信制(而雙工通信制的示意圖,見圖3所示),是指收發(fā)雙方能同時工作,A方發(fā)話的同時能收剄B方發(fā)話,無需發(fā)話按鍵,使用時與普通電話一樣方便,雙工通信制其特點(diǎn)有二。其一、占用的無線頻點(diǎn)多,用戶容量大；其二、移動話機(jī)之間無法通話,必須通過基站接結(jié), 基站可以方便地實(shí)現(xiàn)本地區(qū)、全國或全世界聯(lián)網(wǎng)。

    在零中頻接收器IC中，通道選擇性是在基帶用片上低通濾波器(LPF)實(shí)現(xiàn)的。信道濾波后，可變增益放大器(VGA)將基帶的I/Q信號放大，然后射頻調(diào)制解調(diào)IC的模擬基帶部分將信號數(shù)字化。圖1中的RF PLL(鎖相環(huán))是用來實(shí)現(xiàn)頻率合成,其作用為手機(jī)中高精度信號源。