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可满足高性能数字接收机动态性能要求的ADC和射频器件

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:针对数字式接收机对其所采用器件的动态性能要求,给出了一个欠采样接收机的结构图。同时给出了满足该高性能数字接收机动态性能要求的新型器件及主要性能参数。

    关键词:数字接收机;动态性能;射频器件;ADC;MAXIM

许多数字接收机都对其选用的高性能ADC及模拟器件的动态性能具有较高要求。如蜂窝基站数字接收机就要求有足够的动态范围,以便处理较大的干扰信号,从而把电平较低的有用信号解调出来。通过Maxim公司的15位65Msps模数转换器MAX1418或12位65Msps模数转换器 MAX1211配以2GHz 的MAX9993或900MHz的MAX9982集成混频器,即可为接收机的两级关键电路提供出色的动态特性,此外,Maxim公司的中频(IF)数字可调增益放大器(DVGA)MAX2027 和MAX2055也能够在许多系统中提供较高的三阶输出截点(OIP3),以满足系统所需要的增益调节范围。

1 欠采样接收机的系统结构

蜂窝基站(BTS:基站收发器)通常由多个不同的硬件模块组成,其中之一就是完成RF接收(Rx)及发送(Tx)功能的收发器(TRx)模块。在老式模拟AMPS及TACS BTS中,一个收发器只能处理一路全双工Rx和Tx RF载波,因而要用很多个收发器才能提供足够的载波。如今在全球范围内,模拟技术已被CDMA 和WCDMA所取代,欧洲也已在10年前采用了GSM。在CDMA中,多个主叫用户可使用同一个RF频率,这样,一个收发器就要同时处理多个主叫用户的信号。目前已有多种CDMA和GSM的设计方案,BTS制造商也一直致力于探索可降低成本和功耗的方法,对单载波解决方案进行优化或开发多载波接收机就是行之有效的方案。图1是BTS设备常用的欠采样接收机的结构框图。

图1中,Maxim公司的2GHz MAX9993和900MHz MAX9982混频器可为许多设计提供所需的增益和线性度,而且具有极低的耦合噪声,这样就不再需要那些损耗较高的无源混频器。而MAX2027和MAX2055则分别工作在接收机的第一、二中频级,此两款器件在其整个增益调节范围内OIP3均可达到+40dBm。图1中的数据转换器采用的是MAX1418(15位、65Msps) 和MAX1211(12位、65Msps)。实际上,Maxim公司其它采样速率的数据转换器器件也可满足大多数设计要求。若将图1中的第二下变频器省去(虚线中所示),那么,图1所示电路就变成了单路下变频器结构。
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2 高性能器件推荐

2.1 低噪声ADC器件MAX1418

图1所示的欠采样接收机结构对ADC的噪声和失真有着严格的要求。在接收机中,电平较低的有用信号单独被数字化或同时伴随有无用的、需要倍加关注的大幅度信号,因此要想使接收机正常工作,ADC的有效噪声系数要按这两种信号的极端情况(即有用信号最小、无用信号达到最大值)来计算。对于较小的模拟输入信号,ADC的噪声基底中占支配地位的热噪声和量化噪声决定着ADC的噪声系数(NF)。

MAX1418系列产品对fINPUT < fCLOCK/2时的基带应用特别适用。当转换器工作在这个频段时,这些基带特性极佳的器件将具有最佳的动态范围,其中包括针对65Msps时钟速率的MAX1419及针对80Msps时钟速率的MAX1427,它们的基带SFDR(无杂散动态范围)均可达到94.5dBc。

实际上,MAX1418也可与14位接口器件一起工作,此时的SNR会有轻微损失,而SFDR则不受影响。

当ADC的前端增益为36dB时, 天线端的超过-30dBm的单音阻塞电平将超出ADC的输入量程。依照CDMA2000蜂窝基站标准规定,天线端允许的最大阻塞电平为-30dBm,此时的前端增益就需要降低6dB,这样,在标准规范允许的余量范围内允许加到ADC上的最大阻塞信号可能更大。假设留有2dB的余量,前端增益减小6dB会使天线端的最大阻塞电平变为-26dBm,并使ADC的最大允许输入信号变为+4dBm。也就是说,当出现单音阻塞时,蜂窝标准允许的总干扰(噪声+失真)相对于参考灵敏度来说将恶化3dB,而这3dB 在噪声和失真之间如何分配就是设计人员要考虑的问题了。

2.2 采用一次下变频结构的MAX1211转换器

如果在较高的IF段能够获得足够的SNR和SFDR指标,那么,欠采样电路便可用于一次下变频结构。Maxim公司的MAX1211型、12位、65Msps转换器就是采用这一结构设计的,它的引脚与即将推出的80Msps 及95Msps转换器兼容,此系列器件可对频率

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