半導體簡化直接變頻設計

隨著半導體工藝的不斷進步，集成電路得以具備無線基礎設施直接變頻接收機所需的性能，能夠滿足多模式通信系統(tǒng)的需求。
作者：Cecile Masse
直接變頻架構促使著寬帶無線電支持第三代(3G)和第四代(4G)無線網絡中的多模式和多標準要求，隨之要求能夠處理全球400 MHz至4 GHz范圍內的信號，因而基礎設施和移動設備開發(fā)商尋求系統(tǒng)器件達到新的性能水平。幸運的是，隨著硅鍺(SiGe)和CMOS半導體工藝的不斷改進，集成度得以提高，同時功耗有所下降。利用直接變頻架構，無線電設計人員還能夠實現較寬的設計頻率范圍，并可在單個硬件平臺上調整帶寬。與無線基站的傳統(tǒng)IF采樣接收機方法相比，該架構具有許多優(yōu)點，并結合平衡防阻塞的RF解調器和模數轉換器(ADC)技術的優(yōu)勢，利用自適應性校正技術來處理殘余信號損壞。
3G長期演進(LTE)無線通信標準支持1.4至20 MHz范圍內的各種通道帶寬。無論設備支持僅LTE載波，還是3G (WCDMA)或LTE (OFDM)混合載波，通常要求采用的最低帶寬是20 MHz。由于帶寬范圍很寬，因此可以接收多個相鄰或非相鄰載波。例如，20MHz帶寬內可容納多達四個相鄰WCDMA信號。
對于寬帶接收機設計，所面臨的挑戰(zhàn)是如何在存在高干擾信號的情況下解調低電平、高數據速率信號。根據定義，多載波RF接收機不具備模擬通道選擇性，而無用阻塞信號未經衰減就會抵達ADC，這就要求接收機構建模塊（尤其是ADC）具有高動態(tài)范圍。例如，3G LTE阻塞要求則需要比所需信號高60 dB的窄帶阻塞。因此，多載波接收機應當具有高輸入1dB壓縮點、高分辨率ADC和某種形式的自動增益控制(AGC)，將阻塞信號電平維持在ADC的滿量程(FS)電平以下。
而且必須在可接受的接收機靈敏度下，實現這種對阻塞信號的抗擾度。設計用于支持3G LTE標準的基站接收機必須具備優(yōu)于5 dB的噪聲系數(NF)。為了完全達到這種性能水平，下變頻混頻器或解調器一般前置一些低噪聲放大器(LNA)級。