單電源中頻帶對QAM信號進(jìn)行數(shù)字化處理

作者：Bob Clarke, Paul Hendriks, and Steve Ruscak

正交幅度調(diào)制 （QAM） 和正交相移鍵控 （QPSK） 系統(tǒng)比比皆是。在正交方案中，兩個(gè)獨(dú)立的信號（“同相”和“正交”）通過單個(gè)載波傳輸，利用信號分量在90°處的正交性。蜂窩標(biāo)準(zhǔn)，如國際GSM標(biāo)準(zhǔn)、美國IS54、IS95和IS136標(biāo)準(zhǔn)以及日本PHS，都需要某種形式的I/Q解調(diào)。QAM或QPSK的其他應(yīng)用包括有線電視機(jī)頂盒轉(zhuǎn)換器和混合光纖/同軸電纜視頻傳輸。

QAM和QPSK IF信號的兩種常見解調(diào)方案是正交（I/Q）解調(diào)和直接數(shù)字化。在正交解調(diào)中，一對正交驅(qū)動的混頻器將IF解調(diào)為其基帶I和Q分量;然后通過一對 A/D 轉(zhuǎn)換器對其進(jìn)行數(shù)字化。在直接數(shù)字化中，單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器對IF進(jìn)行采樣，從而消除了下變頻;然后對數(shù)字化的IF進(jìn)行數(shù)字解調(diào)。

直接數(shù)字化可通過少量無源元件和四個(gè)低成本IC實(shí)現(xiàn)：AD607 IF子系統(tǒng)[詳見側(cè)欄]，專為蜂窩無線電應(yīng)用開發(fā)，AD876 10位、20 MSPS 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和兩個(gè)運(yùn)算放大器AD8011。該系統(tǒng)（圖 1）在 45 至 4MHz 帶寬內(nèi)提供 6 dB 無雜散動態(tài)范圍 （SFDR），適用于有線電視和混合光纖/同軸電纜等應(yīng)用;它可以解調(diào) 64 [8x8] QAM 和 256 [16x16] QAM，誤碼率 （BER）。

信號鏈：集成解決方案的關(guān)鍵元件包括AD607 IF子系統(tǒng)和AD876模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及為應(yīng)用量身定制的有源濾波器。

中頻帶的典型輸入來自表面聲波（SAW）濾波器，該濾波器建立系統(tǒng)帶寬并濾除相鄰?fù)ǖ?。AD607的第一級使用45 MHz本振（LO）將輸入從5 MHz第一中頻下變頻至40 MHz秒中頻。AD607混頻器（MXOP）輸出端的頻譜包含所需的解調(diào)中頻頻率（f在， Gc)和圖像頻率（f在， Gc).混頻器的輸出由三極點(diǎn)、7 MHz切比雪夫?yàn)V波器?進(jìn)行無源低通濾波，該濾波器包括一個(gè)為AD607放大器條供電的兩極點(diǎn)LC級，以及IFOP輸出端的單極點(diǎn)RC級。

圖1.直接中頻數(shù)字轉(zhuǎn)換器原理圖。

由于AD607的IF放大器具有高增益和帶寬，因此需要一些濾波來限制AD876的噪聲并防止混疊。切比雪夫的最后一級，即簡單的RC部分，將IF條帶的噪聲帶寬限制在約10 MHz。三階巴特沃茲高通濾波器[U3和U3]進(jìn)一步降低了低頻噪聲。U4的3 dB交流增益可放大來自AD14的±100 mV （-10 dBm）IFOP信號，使峰值信號覆蓋AD607的整個(gè)輸入范圍。

AD876的輸入是交流耦合的;這會將信號電平轉(zhuǎn)換到A/D的標(biāo)稱輸入范圍，避免了采用單電源時(shí)AD8011輸出端裕量問題。AD876的基準(zhǔn)電壓由簡單的電阻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生，設(shè)定其輸入范圍的邊界。R1和R2與AD250內(nèi)部的876 Ω電阻階梯相結(jié)合，在REFTF和REFBF上提供3.5和2.5 V基準(zhǔn)電壓。

40 MHz本振頻率減半，為AD20提供876 MSPS采樣時(shí)鐘。模擬輸入過采樣簡化了數(shù)字處理器對輸出的濾波。

失真分析：圖2顯示了在-35 dBm至-55 dBm的假設(shè)輸入范圍末端測量的輸出頻譜。為了預(yù)測互調(diào)失真（IMD）的水平，對系統(tǒng)的最小和最大預(yù)期信號電平進(jìn)行分析。為了簡化分析，不包括低噪聲放大器（LNA）的影響。但是，許多系統(tǒng)會在前端包含LNA，以提高信噪比。

AD607的IMD是可預(yù)測的，并隨著信號電平的增加而增加。AD607的三階交調(diào)截點(diǎn)規(guī)格表明，在上述輸入信號范圍內(nèi)，性能將保持可接受的線性。三階乘積的振幅通常是最重要的;它們靠近輸入信號頻率，不會通過濾波去除。對于高達(dá)-45.27 dBm的信號，計(jì)算出的三階交調(diào)產(chǎn)物應(yīng)至少比基波低5 dB。由于AD8011和AD876的無雜散動態(tài)范圍通常大于60 dB，因此它們對整體噪聲和失真沒有太大影響。

該表總結(jié)了最大和最小信號電平在每個(gè)階段的各個(gè)增益和累積電平。它可用于分析增益分布對IMD和噪聲的影響。

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性能測量：通信系統(tǒng)使用專門的測試，如誤碼率（BER）和頻譜分析（FFT），為接收機(jī)失真性能提供品質(zhì)因數(shù)。圖2顯示了AD8輸出的876 k FFT，由45.02441和45.39056 MHz的雙音輸入（5.02441和5.39056 MHz的IF輸出）在最小和最大信號電平下產(chǎn)生。圖中顯示了 5.39056-MHz 信號的（編號、混疊）諧波，以及其他相關(guān)雜散。可以看到整個(gè)系統(tǒng)的 SFDR。所有雜散音至少比基波低 47 dB。主要的雜散元件是3階和5階IMD產(chǎn)品。

圖2.中頻帶的雙色FFT

?切比雪夫?yàn)V波器引入的相位失真在沒有某種形式均衡的系統(tǒng)中可能是一個(gè)問題。

審核編輯：郭婷