TD-SCDMA RD V2.1設(shè)計滿足Rx屏蔽掩模和靈敏度要求

本應(yīng)用筆記介紹了Maxim的第二代TD-SCDMA射頻收發(fā)器芯片組及其V2.2參考設(shè)計。它還討論了一些關(guān)鍵系統(tǒng)問題，如靈敏度和阻塞測試，為了創(chuàng)建最佳的TD-SCDMA RF設(shè)計，需要仔細(xì)考慮這些問題。

美信TD-SCDMA射頻收發(fā)器芯片組

Maxim的TD-SCDMA手機射頻芯片組由MAX2507（Tx）和MAX2392（Rx）組成。兩款RF IC均采用Maxim內(nèi)部高頻工藝技術(shù)制造。MAX2507為完全集成的發(fā)送芯片，包括從模擬I/Q輸入到功率放大器輸出的電路。其主要功能模塊包括 I/Q 正交調(diào)制器、上變頻器、可變增益放大器 （VGA）、RF 壓控振蕩器 （VCO） 和鎖相環(huán) （PLL）、IF 本振生成器和 RF 功率放大器 （PA）。該器件采用 7mm x 7mm 焊盤柵格陣列 （LGA） 封裝。配套的零中頻接收器MAX2392包括從低噪聲放大器（LNA）到模擬I/Q輸出的電路。其主要功能模塊包括LNA、RF I/Q解調(diào)器、RF VCO和PLL電路、基帶通道選擇濾波器、直流失調(diào)校正電路和自動增益控制（AGC）基帶放大器。MAX2392采用5mm x 5mm QFN封裝。便于 OEM 無線電射頻板設(shè)計的完整參考設(shè)計顯示，有效整體 PCB 尺寸為 6.6cm2.參考設(shè)計的功能框圖如圖1所示，參考板的照片如圖2所示。

TD-SCDMA 標(biāo)準(zhǔn)中的接收要求

TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的主要Rx要求如表1所示。需要滿足的最低靈敏度為-108dBm，而阻塞規(guī)格是具有頻率偏移的峽谷形狀。

圖1.TD-SCDMA 參考設(shè)計功能框圖。

圖2.TD-SCDMA 參考設(shè)計板。

靈敏度和阻斷規(guī)格分析及測量結(jié)果

接收器靈敏度是一種系統(tǒng)規(guī)格，受RF通道中的信號質(zhì)量和DSP調(diào)制解調(diào)器部分的基帶處理的影響很大。在最小輸入信號電平條件下，RF通道質(zhì)量完全受接收器噪聲貢獻(xiàn)的限制，噪聲貢獻(xiàn)由其噪聲系數(shù)（NF）決定。請注意，在這些信號條件下，不考慮接收器相位噪聲，因為它的電平遠(yuǎn)小于熱噪聲的水平。因此，接收器相位噪聲對輸入SNR的退化影響最小。在 3GPP TR 25.945 標(biāo)準(zhǔn) [3] 中，接收器靈敏度規(guī)定為 -108dBm?；诘湫突鶐幚碓鲆婧徒庹{(diào)后所需的BER，該接收器靈敏度對應(yīng)于9dB的最大接收器NF。TD-SCDMA參考設(shè)計接收器路徑的實測噪聲系數(shù)（如圖1所示）約為5.7dB。因此，相應(yīng)的測量靈敏度為-111dBm，比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格增加了3dB裕量。

帶內(nèi)阻塞信號對接收機性能的影響通常表現(xiàn)為三種現(xiàn)象：交叉調(diào)制、二階互調(diào)產(chǎn)物和互易混頻，以下三個小節(jié)將對此進(jìn)行討論。

交叉調(diào)制

圖3.交叉調(diào)制產(chǎn)品。

圖3顯示了放大器或混頻器等非線性元件中發(fā)生的交叉調(diào)制現(xiàn)象。圖中，f 處的信號1是具有一定帶寬的調(diào)制阻塞器，CW信號在f2表示所需的信號。在放大器輸出端，三角互調(diào)產(chǎn)物在f2以所需的信號頻譜為中心。這種交叉調(diào)制產(chǎn)物通常與元件的三階非線性特性有關(guān)，因此也與元件的三階交調(diào)截點有關(guān)。當(dāng)阻塞信號具有類似高斯噪聲的正態(tài)分布時，可以使用以下公式估算所得交叉調(diào)制產(chǎn)物的功率：

在輸入信號也被調(diào)制的情況下，輸出乘積的形狀是三角形的卷積和信號功率頻譜密度函數(shù)。當(dāng)阻塞信號特性偏離高斯噪聲樣正態(tài)分布時，交調(diào)產(chǎn)物變小。當(dāng)干擾信號被視為具有恒定包絡(luò)的調(diào)制阻塞信號時，交叉調(diào)制產(chǎn)物為零。

3GPP TDD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在±3.49MHz偏移時，-4dBm調(diào)制干擾源的靈敏度允許8dB下降。如果我們認(rèn)為靈敏度下降完全由交叉調(diào)制產(chǎn)物引起，那么只要交叉調(diào)制產(chǎn)物的功率相對于接收器在靈敏度水平下的帶內(nèi)熱噪聲功率較小，就可以達(dá)到該性能水平。假設(shè)接收器的噪聲系數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的9dB，我們可以從公式2中推導(dǎo)出等效接收器的三階交調(diào)截點，由交叉調(diào)制決定。

二階互調(diào)積 （IM2）

圖4.二階交調(diào)積。

調(diào)制阻塞器產(chǎn)生的二階交調(diào)產(chǎn)物由三個分量組成，如圖2所示：直流偏移、4Hz左右的低頻產(chǎn)物和0f左右的產(chǎn)物1.當(dāng)阻塞信號的信號統(tǒng)計服從類似高斯噪聲的正態(tài)分布時，三個分量的功率相等，可以使用圖4所示的公式進(jìn)行估算。當(dāng)阻塞信號的信號統(tǒng)計接近恒定包絡(luò)信號時，低頻產(chǎn)物的功率電平最小化。當(dāng)干擾信號是恒定包絡(luò)阻塞信號時，輸出端不會產(chǎn)生低頻IM2產(chǎn)物。在零中頻接收器的I/Q輸出端，這些低頻和DC IM2分量落在所需的下變頻信號頻段內(nèi)，可能導(dǎo)致接收器性能下降。在MAX2392接收器電路中，直流失調(diào)在片內(nèi)被移除;因此，在查看接收機干擾預(yù)算時，只需要考慮低頻IM2產(chǎn)品。

3GPP TDD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在±3.49MHz偏移時，-4dBm調(diào)制干擾源的靈敏度允許8dB下降。與交叉調(diào)制情況類似，如果考慮到靈敏度下降僅由低頻IM2乘積引起，并且接收器的NF小于標(biāo)準(zhǔn)要求的9dB，我們可以估計所需的接收器二階交調(diào)截點IIP2，接收，如公式3所示。假設(shè)后混頻基帶選擇濾波器中消除了下變頻帶內(nèi)阻塞信號，則接收器二階交調(diào)截點完全由零中頻下變頻器模塊的交調(diào)截點決定。

注意：“-3”一詞取決于調(diào)制指數(shù)。

MAX2392有四種工作模式。建議使用高增益高線性度 （HGHL） 和高增益中等線性度 （HGML） 模式，以便在存在大阻塞信號的情況下接收微弱信號。兩種模式均可產(chǎn)生測量的 IIP2，接收 >參考設(shè)計接收器部分為+15dBm，滿足要求，裕量至少為12dB。

相位噪聲和倒易混頻

3GPP TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)沒有明確規(guī)定VCO的相位噪聲;相反，它派生自依賴于它的其他規(guī)范。如前所述，發(fā)射器EVM是受發(fā)射器VCO+PLL相位噪聲影響的參數(shù)之一，盡管它對無線電沒有嚴(yán)格的相位噪聲要求。接收器靈敏度也取決于LO相位噪聲，但它也不會對無線電提出嚴(yán)格的相位噪聲要求，即使在16QAM調(diào)制的情況下也是如此。傾向于對LO相位噪聲施加嚴(yán)格規(guī)范的兩個規(guī)范是阻塞和雙音交調(diào)特性的最低要求。這些強加的規(guī)格表現(xiàn)為一種稱為倒易混頻的現(xiàn)象，或?qū)O邊帶噪聲調(diào)制到干擾源上，如圖5所示。

圖5.將LO相位噪聲相互混合到干擾器上。

如阻塞和雙音互調(diào)要求討論中所述，在這些測試場景中，接收器靈敏度允許降低3dB。我們假設(shè)所有劣化都是由于相位噪聲互易混合造成的，并且接收器噪聲系數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的9dB。然后，我們可以使用以下公式推導(dǎo)出所需的LO相位噪聲：

阻塞和雙音交調(diào)測試用例中記錄的最大干擾功率為-46dBm音調(diào)，與所需信號中心頻率偏移±3.2MHz。將該值代入上式，我們得到接收器LO相位噪聲在載波偏移119.3MHz時小于-2dBc/Hz的要求。MAX2392 VCO的實測相位噪聲為-129dBc/Hz，滿足裕量為10dB的要求。

對于帶外阻塞，LNA之前的SAW濾波器將所有帶外干擾降低到可接受的水平，以避免LNA壓縮。LNA和混頻器之間可能不需要SAW濾波器，因為與混頻器IP2和IP3相比，LNA輸出端的阻塞電平已經(jīng)足夠低。級間濾波器提供所需的巴倫功能，因此無需額外費用即可提供額外的濾波優(yōu)勢。例如，在±85MHz偏移時，指定的阻塞信號為-15dBm。如果SAW提供30dB衰減，則LNA處的阻塞電平為-46dBm（T/R開關(guān)的1dB損耗），這與帶內(nèi)阻塞電平相似，可以通過上述方法從IM2和IM3的角度進(jìn)行分析。測量結(jié)果表明，在每個阻斷器測試中，3GPP 要求的裕量至少為 3dB。

總結(jié)

Maxim的TD-SCDMA參考設(shè)計V2.1完全符合3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求，所有關(guān)鍵接收器規(guī)格的裕量至少為3dB。

審核編輯：郭婷