作者：Paul Hendriks, Richard Schreier, and Joe DiPilato

移動(dòng)無(wú)線電用于公共安全和緊急服務(wù)（如警察、消防和救護(hù)車）以及私人服務(wù)，如車隊(duì)管理。為了提供增強(qiáng)的服務(wù)，以及提高頻譜效率和覆蓋范圍，這些無(wú)線電的設(shè)計(jì)已從傳統(tǒng)的基于模擬的調(diào)制方案（如FM和PM）轉(zhuǎn)向數(shù)字調(diào)制方法。

這些無(wú)線電的接收器必須能夠在存在大干擾信號(hào)的情況下準(zhǔn)確數(shù)字化低電平高頻信號(hào)。在使用某些窄帶移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線電中，干擾信號(hào)可能比所需信道大70 dB，頻率偏移小至25 kHz。由于這些系統(tǒng)通常不是蜂窩系統(tǒng)，因此移動(dòng)無(wú)線電的地理覆蓋范圍也是一個(gè)重要特征 - 它們必須具有出色的靈敏度，以恢復(fù)來(lái)自覆蓋范圍邊緣用戶的低電平信號(hào)。更復(fù)雜的是，這些無(wú)線電通常是便攜式的，使用率很高;他們要求使用更小、壽命更長(zhǎng)的電池來(lái)降低功耗。

為了幫助設(shè)備設(shè)計(jì)人員，ADI公司推出了AD9870 IF數(shù)字化子系統(tǒng)，該IC旨在滿足移動(dòng)無(wú)線電和類似窄帶無(wú)線電應(yīng)用的苛刻要求，采用超外差架構(gòu)，采用模擬和/或數(shù)字調(diào)制方案。AD9870集成了整個(gè)IF條，外部元件極少。它可以接受頻率高達(dá)300 MHz、帶寬高達(dá)150 kHz的IF信號(hào)，并提供包含16位I和Q數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)輸出，然后可以使用主機(jī)處理器對(duì)其進(jìn)行解調(diào)。AD9870適用于基站和用戶單元，兼具基站所需的動(dòng)態(tài)范圍和便攜式無(wú)線電所需的低功耗。

所有接收器的最大問題是動(dòng)態(tài)范圍

接收器的動(dòng)態(tài)范圍決定了其在存在較大信號(hào)（稱為阻塞和干擾源）的情況下恢復(fù)低電平信號(hào)的能力。圖1顯示了可以降低任何無(wú)線電接收器有效動(dòng)態(tài)范圍的各種源。

圖1.所有接收器的“大問題”是動(dòng)態(tài)范圍！

目前假設(shè)頻譜中存在的唯一信號(hào)是“小目標(biāo)信號(hào)”。最小可檢測(cè)信號(hào)或靈敏度將由信號(hào)帶寬（B）、接收器的檢測(cè)閾值（SNR）決定最低）、接收器的噪聲系數(shù) （NF） 和固有熱噪聲限制 （kTB）。在290 K的溫度下，靈敏度可以用以下公式估算：

敏感性 = 信 噪 比最低+ 10log（B）+NF+（-174 dBm/Hz）

以下是一些潛在的噪聲源：

如果在下變頻到低于工藝技術(shù)的1/f轉(zhuǎn)折頻率之前，對(duì)目標(biāo)信號(hào)施加的增益不足，則低頻1/f噪聲就會(huì)成為一個(gè)問題。由失調(diào)和二階失真引起的直流元件也可能是有問題的。

大干擾源可以通過(guò)接收器LO的相位噪聲將其能量分布在很寬的頻率范圍內(nèi)，通過(guò)稱為“倒易混頻”的過(guò)程。干擾源越大，離目標(biāo)信號(hào)越近，目標(biāo)信號(hào)就越有可能被這種噪聲傳遞機(jī)制破壞。此外，如果該干擾源足夠大，足以在接收器的前端電路中引起非線性，則雜散分量可能會(huì)混回目標(biāo)信號(hào)的通帶中。“半中頻”問題是困擾二階線性度差的接收器的特殊情況，其中落在LO和目標(biāo)信號(hào)之間的干擾產(chǎn)生二階分量，該分量與LO的二次諧波混合以產(chǎn)生落在目標(biāo)信號(hào)上的雜散。接收器的IIP2規(guī)格允許接收器設(shè)計(jì)人員量化“半中頻”雜散。干擾源電平之間的差異或Δ，P在，得到的二階雜散為 IIP2 – P在.AD2的IIP45為9870 dBm，基本上不受這種“半中頻”問題的影響。

兩個(gè)等間距頻率偏移的大干擾源（即f0+ δ 和 f0來(lái)自目標(biāo)信號(hào)的+ 2Δ）將通過(guò)互調(diào)過(guò)程導(dǎo)致雜散分量落在目標(biāo)信號(hào)的頂部。在這種情況下，接收器的線性度在其IIP3規(guī)范中得到體現(xiàn)，數(shù)字越大，表示對(duì)三階交調(diào)的容差越高。兩個(gè)相等干擾源之間的差值或Δ，P在，所得的三階互調(diào)分量為 3 × （IIP2 – P在).AD9870具有–3 dBm的IIP1，因此在降低接收器靈敏度之前可承受高達(dá)–45 dBm的干擾。

超外差架構(gòu)

為了應(yīng)對(duì)會(huì)降低接收器恢復(fù)目標(biāo)低電平信號(hào)能力的大干擾源，使用超外差架構(gòu)將RF信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)或多個(gè)中頻（IF），其中對(duì)相鄰干擾信號(hào)進(jìn)行濾波以及目標(biāo)信號(hào)的放大和增益控制更為實(shí)用。超外差方案自第一次世界大戰(zhàn)以來(lái)一直被采用，迄今為止一直是最受歡迎的無(wú)線電接收器架構(gòu)。采用這種架構(gòu)的通用版本（窄帶數(shù)字接收器中很常見）如圖2所示。

圖2.數(shù)字接收器的典型超外差架構(gòu)。

在RF-IF下變頻之前，帶選擇濾波器（雙工器）和/或鏡像抑制濾波器選擇目標(biāo)信號(hào)工作的整個(gè)RF頻段。低噪聲放大器（LNA）在下變頻之前放大預(yù)期的RF頻段，對(duì)于確定接收器的靈敏度至關(guān)重要。除目標(biāo)信號(hào)外，RF混頻器之后的下變頻IF頻譜通常還包含不同強(qiáng)度的信號(hào)陣列。通道選擇和放大發(fā)生在IF：目標(biāo)信號(hào)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)晶體或SAW型無(wú)源濾波器從其他信號(hào)中選擇。濾波后，目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大，其信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)AGC環(huán)路穩(wěn)定在預(yù)設(shè)水平，以優(yōu)化正交解調(diào)過(guò)程。在許多數(shù)字接收器中，IF模擬正交調(diào)制器將IF信號(hào)分離成正交基帶I和Q分量，然后由雙通道ADC進(jìn)行數(shù)字化處理。在這種情況下，解調(diào)信號(hào)的調(diào)制精度對(duì)正交調(diào)制器和雙通道ADC中的模擬失調(diào)、正交LO失配和I/Q增益失配非常敏感。

AD9870架構(gòu)

AD9870 IF數(shù)字化子系統(tǒng)集成了大部分IF、基帶和一些數(shù)字后處理功能模塊，降低了典型超外差接收器的復(fù)雜性，如圖3所示。

圖3.AD9870簡(jiǎn)化了數(shù)字接收器，同時(shí)提高了性能。

AD9870與典型的超外差架構(gòu)不同，它采用寬動(dòng)態(tài)范圍帶通Σ-Δ型ADC對(duì)第二中頻信號(hào)以及任何相鄰干擾源進(jìn)行采樣。目標(biāo)中頻信號(hào)的解調(diào)以數(shù)字精度和穩(wěn)定性執(zhí)行，而附近的侵入干擾源可以通過(guò)數(shù)字濾波進(jìn)行抑制。

圖4顯示了AD9870的功能框圖。LNA和混頻器的作用類似于超外差架構(gòu)的RF部分，用于放大和下變頻以第一中頻為中心的目標(biāo)信號(hào)，使其下變頻為適合帶通ADC數(shù)字化的較低第二中頻。

圖4.AD9870的功能框圖顯示了集成度。

LNA和混頻器提供約10.5 dB增益，同時(shí)保持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍，輸入噪聲系數(shù)為9 dB，三階截調(diào)截點(diǎn)為3 dBm。高輸入阻抗（0歐姆）簡(jiǎn)化了與晶體或SAW濾波器的接口。片內(nèi)LO PLL頻率合成器可與外部環(huán)路濾波器和VCO結(jié)合使用，以產(chǎn)生可調(diào)諧LO頻率。

第二中頻信號(hào)正好以帶通ADC采樣速率的2/1為中心（即如果2= ?時(shí)鐘/8） 以允許簡(jiǎn)單的 ?s/8數(shù)字正交解調(diào)方案。下變頻至第二中頻后，信號(hào)由可調(diào)諧（和可編程）有源三階抗混疊濾波器（AAF）處理，以抑制可能出現(xiàn)在采樣ADC混疊頻帶內(nèi)的信號(hào)（即N × ?時(shí)鐘/8 ± ?時(shí)鐘/8.AAF 調(diào)諧電路可以支持 13 至 18 MHz 之間的 ADC 采樣速率，通常將 3dB 截止頻率設(shè)置和調(diào)諧至略高于第二個(gè) IF （即 ?-3分貝=?時(shí)鐘/3.2).

AAF 中內(nèi)置一個(gè)可變?cè)鲆娣糯笃?/u> （VGA），可提供高達(dá) 26 dB 的增益范圍（圖 5）。VGA增益擴(kuò)展了AD9870的動(dòng)態(tài)范圍，可以直接編程，也可以通過(guò)自動(dòng)增益控制（AGC）環(huán)路進(jìn)行控制。AGC環(huán)路通常在強(qiáng)信號(hào)條件下調(diào)用，通過(guò)在ADC輸入端保持可編程固定信號(hào)電平來(lái)防止A/D轉(zhuǎn)換器“過(guò)載”或削波。AD9870采用高效的混合方法實(shí)現(xiàn)AGC功能，如圖5所示：模擬域和數(shù)字域協(xié)同工作，進(jìn)行信號(hào)估計(jì)和控制。