超外差接收机设计.

1、超外差接收机设计flaming第一章 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1.1接收信号频段1.2接收机噪声系数1.3接收机增益1.4接收机RF和IF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。1.5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

2、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。1.6动态范围接收机高性能工作所能承受的信号变化范围。1.7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。1.8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。1.9相邻信道选择性(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。1.10杂散辐射指发射机不发射功率时，在天

3、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 设计关键器件选型2.1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发射机输出的杂散，如本振泄漏、谐波等。RF滤波器包括：AS单元的天线滤波器、LNA输出滤波器和收发信机的RF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

4、/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1. 考虑接收机IIP3，为了减小IF滤波器后面的链路对整机IIP3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3.2）。对

5、于收信机，混频器主要指标是IIP3（主要3阶互调成分）和IIP2（主要半中频），采用高的LO电平，可以提高混频器的IIP3。第三章 问题解答3.1双平衡无源混频器PLO和RF入口P-1dB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数据手册上的指标。对于上图所示的混频器的基本结构，4个二极管的

6、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必须大于 （1）此时为保证正常工作，输入的射频信号幅度必须满足 （2）从而输入射频信号的强度就必须小于 （3）1 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）同样本振信号就必须满足 （5）这就是为什么在SYM-22H数据手册中，最大输入信号的

7、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？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）最终，输出中频信号为 （7）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

8、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，从而导致了混频器对半中频信号存在40 dB以上的有限抑制。第四章 CDMA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。：相关器输出端干扰信号；：相关器输入端干扰信号；：CDMA系统传输带宽（射频信道带宽）；：基带信号带宽；：相关器输入载干比；：相关器输出载干比；GP：相关器处理增益；：相关器输出端，平均每

9、个信息位的能量与等效噪声功率谱密度比；：基站天线接口处测得前向CDMA信道功率；：在移动台天线入口处测得接收信号；：一个限制带宽的白噪声干扰源：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；：单音干扰引起的、落入接收频带内的等效输入干扰电平；：单音干扰引起互易混频干扰信号电平；：单音干扰引起的交调干扰信号电平； 4.1 IS-95前向信道及基本CDMA方程CDMA系统基于直序扩频(DS-SS)通信技术。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

10、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。

11、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相比与输入端的干扰信号被减小了一定的比例。该比率就是CDMA的传输带宽与基带信号带宽之比，同时相关器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，这个比率叫CDMA系统的处理增益GP。图表 3 CDMA扩频系统参数示图经过数字滤波器后，相关器输出端的信号和干扰具有相同的

12、带宽（），所以有：即：Nt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。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，

13、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。假设在基站天线接口处测得前向CDMA信道功率为，经过单一路径被移动台接收，在移动台天线入口处测得接收信号为。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为。用一个限制带宽的白噪声干扰源来模拟接收机热噪声、连续波干扰和来自其他蜂窝的CDMA信号等干扰源。根据（5），得到单一用户前向业务信道的基本CDMA方程 （6）取dB值为： （7）4.2 灵敏度和动态范围CDMA系统，基站和移动台之间通信按帧为单位，每帧长20ms。所

14、以CDMA移动台性能的评价建立在一定帧误率（FER）基础上。IS-98-A关于CDMA移动接收机最低灵敏度和动态范围规范见表2，最低灵敏度定义为：保证接收FER0.5所需的最低CDMA信道功率。表格 2 灵敏度，动态范围最低要求在采用BPSK调制及9600bps全速率语音编码是，满足0.5FER要求的最低为4.5dB，考虑2dB设计裕量，则要求；同时处理增益。连同表2数据考核1一起代入CDMA方程（7）可得：要满足最低灵敏度要求及2dB设计裕量要求接收机的干扰电平。对于接收机灵敏度，其高斯白噪声包括：1，接收单元等效输入热噪声功率谱密度（N0）和2，发送单元热噪声落入接收频带的功率谱密度（NT

15、X）。所以：。NTX：由于典型发射机功放输出热噪声功率谱密度为-135dBm/Hz。双功器隔离为-43dB，所以NTX为-178dBm/Hz。推出：N0-166.2dBm/Hz根据接收机基底噪声功率公式：得：-166.2NFRX（dB）-174 所以，接收机噪声系数为：NRX7.8dB表2考核条件2，确定了CDMA接收机在满足FER0.5条件下最小动态范围上限，主要由P-1dB决定，典型CDMA系统峰均比可达到10dB，同时为了留有裕量，接收机按90dB的动态范围设计，所以设计是特别要求注意回退，确保接收机线性度。4.3单音干扰表格 3 抗单音干扰最低要求按照表3考核标准，接收机底帧误率FER

16、1，采用BPSK调制，所以所需最低的，同样，考虑1.5dB裕量，即要求，利用方程（7）得所允许的干扰电平。对于单音干扰：N0和NTX在5.2中已经计算，代入求得：Ist-103.7dBm/1.23MHz通常单音干扰会在带内产生两种带内的干扰成分：互易混频和交叉调制所以： （8）4.3.1互易混频互易混频（如图表12）：主要由接收机本振信号的相位噪声信号和单音干扰信号相混后产生的带内干扰，表示为。按表格3，单音干扰距CDMA信道中心频率900kHz，为以900kHz频偏为中心，在1.23MHz带宽对相位噪声积分得到。假设VCO的相位噪声在285kHz到1515kHz（PLL通带宽度）频率范围内具

17、有1/f2分布特性，积分可得-75.6dBc，所以-105.6dBm/1.23MHz。 （9）图表 4 互易混频4.3.2交叉调制如图表13，由于接收前端的三阶非线性，通过双工器泄漏过来的一部分发射信号和单音干扰信号交叉调制后产生的落入接收机带内的交调信号，表示为。根据（8）（9）可得：-108.2dBm/1.23MHz。假设交调主要产生于LNA（通常应该指一混前的RF链路，可得：CDMA系统中，接收机信号接近于灵敏电平时，功放输出功率为+28dBm。双工器隔离为-58dB，减去3dB插损，到达LNA输入端的PTX-33dBm。根据（10），可求得。图表 5 交叉调制4.4半中频干扰半中频干扰

18、也可看成一种单音干扰，当单音干扰信号位于半中频处，按4.3单音干扰计算： （11）根据表格3，按照表3考核标准，接收机底帧误率FER1，采用BPSK调制，所以所需最低的，同样，考虑1dB裕量，即要求。可以求得Ist-102.9dBm/1.23MHz。由于天线口到mixer入口增益为7dB，所以到mxer入口，单音干扰电平为-23dBm，变为-95.9dBm/1.23MHz，所以mixer要求对（2×2）杂散的抑制为73dBc。可得： （12） 求得：混频器IIP2+50dBm从以上分析可见，如果在mixer前加上RF滤波器对半中频单音信号进行抑制，降低到mixer入口处的，同时降低了

19、，则对mixer的IIP2要求自然降低了两倍。图表 6 半中频干扰4.5双音干扰表格 4 双音干扰考核标准表格4两种情况，双音频率间隔为800kHz，距离较近的干扰信号或者高于、低于CDMA中心频率900kHz。所产生的3阶互调位于CDMA信号带内，高于、低于中心频率100kHz（图表15）。在弱双音情况， （13）根据表格4，按照表4考核标准，接收机底帧误率FER1，采用BPSK调制，所以所需最低的，同样，考虑1.5dB裕量，即要求。可以求得IIm3-103.7dBm/1.23MHz。已知，所以对三阶互调的衰减量为。接收机IIP3可按公式 （14）算得IIP3-12.7dBm对于强双音信号，

20、由于CDMA信号高出灵敏度25dB，可以忽略噪声的影响，等效白噪声干扰源主要由三阶互调产生。类似的，留有1.5dB裕量。算的IIP3+8.15dBm。 图表 7 双音干扰第五章 TDSCDMA前端设计5.1 CDMA方程前向信道的CDMA方程可表示为： （3） （4）其中GP为处理增益（Processing Gain），对TD-SCDMA而言等于 （5）同时根据3GPP TS25.142，最小接收信号和单个PN码片与整个发送功率比分别规定为 （6）dB （7）把公式（5）、（6）、（7）代入公式（4），并考虑到Eb / N0 9 dB，可得到对干扰信号的要求为：dBm （8）对射频前端接收机而言，由于TD-SCDMA的TDD工作方式，干扰信号仅包括信道的高斯白噪声。也既是： （9）其中BWRF =1.28 Mcps，为TD-SCDMA的信道带宽，可得到 （10）从而接收机在包括前端分路器后的整