鄭州大學(xué)信息工程學(xué)院 程明，楊曉光，畢立恒，陳瑩

1 引言

在某些射頻產(chǎn)品的生產(chǎn)調(diào)試車間，空間某些頻段的射頻(RF)干擾信號可能對生產(chǎn)和調(diào)試造成影響。因此，有必要設(shè)計(jì)一種信號測試儀檢測空間RF信號的強(qiáng)度。本文所設(shè)計(jì)的信號測試儀具有以下基本功能：

測試頻率范圍1 MHz～30 MHz；

能夠靈活地在該頻段上步進(jìn)掃描；

具有方便的人機(jī)交互界面，可以通過鍵盤輸入各種預(yù)設(shè)值，通過液晶顯示屏隨時(shí)查看系統(tǒng)的工作狀態(tài)等。

本設(shè)計(jì)采用超外差接收方式�？臻g信號通過天線接收后，首先經(jīng)過濾波和前置放大，與本地振蕩信號混頻后得到中頻信號。再對中頻信號進(jìn)行選頻、放大、檢波，得到直流電壓即信號的強(qiáng)度。經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換送入CPU處理。

在本設(shè)計(jì)中，混頻電路是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。它包括信號的前置處理、本振信號的產(chǎn)生、混頻和中頻濾波等。傳統(tǒng)的掃頻信號產(chǎn)生電路大多使用壓控振蕩器，通過改變變?nèi)荻䴓O管的電壓改變本振頻率，但是使用分立元件，振蕩頻率難以精確控制，特別是掃頻寬度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。因此，本設(shè)計(jì)采用DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)，使用ADI公司的AD9850與MCU配合，可得到精確控制的掃頻振蕩源。采用Philips公司的SA605構(gòu)成本設(shè)計(jì)方案中的混頻電路。

2 AD9850和SA605簡介

2.1 DDS頻率合成器AD9850

AD9850用于產(chǎn)生頻率精確可控的本地振蕩源信號。AD9850采用先進(jìn)的CMOS工藝，內(nèi)含可編程DDS系統(tǒng)和高速比較器，能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成�？删幊藾DS系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由一個(gè)加法器和一個(gè)N位相位寄存器組成，N為32。每產(chǎn)生一個(gè)外部參考時(shí)鐘，相位寄存器以步長M遞加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個(gè)正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個(gè)地址對應(yīng)正弦波中0°-360°范圍的一個(gè)相位點(diǎn)。查詢表把輸入地址的相位信息映射為正弦波幅度信號，然后驅(qū)動DAC輸出模擬量。頻率控制字由下式計(jì)算：

由于AD9850采用125 MHz有源晶體振蕩器，當(dāng)DAC輸出頻率達(dá)到40 MHz時(shí)．SFDR>50 dB。因此完全可滿足本地振蕩頻率范圍的要求。

2.2 FMIF通信器件SA605

SA605是一款高性能低功耗混頻器和FM IF器件。它內(nèi)部集成有混頻器／振蕩器、限幅中頻放大器、積分檢波器、靜噪、對數(shù)。RSSI(接收信號強(qiáng)度指示)和電壓較準(zhǔn)器。

其主要參數(shù)：低功率，工作電壓6 V時(shí)典型電流為5.7 mA；在45 MHz時(shí)混頻轉(zhuǎn)換功率增益可達(dá)13 dB；在45 MHz時(shí)混頻器噪聲特性為4.6 dB；中頻放大／限幅增益為102 dB；25 MHz的限幅器小信號帶寬；具有額外90 dB動態(tài)范圍的溫度補(bǔ)償接收信號強(qiáng)度指示器(RSSI)；靜噪和未靜噪的2個(gè)音頻輸出；僅需極少的外圍器件，適用于晶體／陶瓷／LC各種濾波器；具有極高的靈敏度等�；谝陨咸匦�，SA605適用于設(shè)計(jì)高性能通信接收機(jī)、RF信號強(qiáng)度測量、頻譜分析儀等。

本解決方案中SA605用于將天線接收的RF信號與DDS產(chǎn)生的本地振蕩信號混頻。得到465 kHz的差頻信號，該信號經(jīng)帶通濾波器篩選出中頻信號并放大。SA605混頻器包括三個(gè)部分：RF信號輸入、本地振蕩LO輸入和中頻輸出�；祛l器對RF信號和LO信號進(jìn)行和／差運(yùn)算，獲得一個(gè)中頻輸出。頻率混合是通過一個(gè)吉爾伯特單元(GilbertCell)四項(xiàng)限乘法器實(shí)現(xiàn)的。吉爾伯特單元是一個(gè)微分放大器，可驅(qū)動一個(gè)平衡切換單元。SA605給本地振蕩器配備了一個(gè)NPN晶體管，為了達(dá)到本地振蕩頻率，只需要增加一些外部元件，例如電容、電感或電阻。振蕩器的晶體管基極和發(fā)射極(引腳4和3)可以用于配置為Colpitts、Butler或變抗器控制的LC形式。

3 實(shí)際設(shè)計(jì)方案

在空間信號測試儀的設(shè)計(jì)中，SA605與AD9850組成了空間RF信號接收器。

混頻部分主要電路連接圖如圖1所示。