如何實(shí)現(xiàn)射頻半導(dǎo)體簡(jiǎn)化直接變頻的設(shè)計(jì)

　　直接變頻架構(gòu)促使著寬帶無(wú)線電支持第三代（3G）和第四代（4G）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的多模式和多標(biāo)準(zhǔn)要求，隨之要求能夠處理全球400 MHz 至 4 GHz 范圍內(nèi)的信號(hào)，因而基礎(chǔ)設(shè)施和移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)商尋求系統(tǒng)器件達(dá)到新的性能水平。幸運(yùn)的是，隨著硅鍺（SiGe） 和 CMOS 半導(dǎo)體工藝的不斷改進(jìn)，集成度得以提高，同時(shí)功耗有所下降。利用直接變頻架構(gòu)，無(wú)線電設(shè)計(jì)人員還能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的設(shè)計(jì)頻率范圍，并可在單個(gè)硬件平臺(tái)上調(diào)整帶寬。與無(wú)線基站的傳統(tǒng) IF 采樣接收機(jī)方法相比，該架構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合平衡防阻塞的 RF 解調(diào)器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用自適應(yīng)性校正技術(shù)來(lái)處理殘余信號(hào)損壞。 3G 長(zhǎng)期演進(jìn)（LTE）無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)支持 1.4 至 20 MHz 范圍內(nèi)的各種通道帶寬。無(wú)論設(shè)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(gè)相鄰或非相鄰載波。例如，20MHz 帶寬內(nèi)可容納多達(dá)四個(gè)相鄰 WCDMA 信號(hào)。對(duì)于寬帶接收機(jī)設(shè)計(jì)，所面臨的挑戰(zhàn)是如何在存在高干擾信號(hào)的情況下解調(diào)低電平、高數(shù)據(jù)速率信號(hào)。根據(jù)定義，多載波RF 接收機(jī)不具備模擬通道選擇性，而無(wú)用阻塞信號(hào)未經(jīng)衰減就會(huì)抵達(dá) ADC，這就要求接收機(jī)構(gòu)建模塊（尤其是 ADC）具有高動(dòng)態(tài)范圍。例如，3G LTE 阻塞要求則需要比所需信號(hào)高60 dB 的窄帶阻塞。因此，多載波接收機(jī)應(yīng)當(dāng)具有高輸入 1dB壓縮點(diǎn)、高分辨率 ADC 和某種形式的自動(dòng)增益控制（AGC），將阻塞信號(hào)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(jī)靈敏度下，實(shí)現(xiàn)這種對(duì)阻塞信號(hào)的抗擾度。設(shè)計(jì)用于支持 3G LTE 標(biāo)準(zhǔn)的基站接收機(jī)必須具備優(yōu)于 5 dB 的噪聲系數(shù)（NF）。為了完全達(dá)到這種性能水平，下變頻混頻器或解調(diào)器一般前置一些低噪聲放大器（LNA）級(jí)。根據(jù)以下 Friis 等式，前端增益可幫助改善整體 NF： NFtotal=NFLNAs+（NFdemod -1）/GLNAs+［NFADC-1/（GLNAsGdemod ）］ （1）不過(guò)，由于天線處的強(qiáng)阻塞信號(hào)會(huì)導(dǎo)致接收機(jī)發(fā)生飽和，因此不能隨意設(shè)置高前端增益。此外，在高電平阻塞的交調(diào)產(chǎn)物處于所需信號(hào)帶寬范圍內(nèi)時(shí)，如果增益過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致線性度下降，并影響信號(hào)完整性。根據(jù)三階交調(diào)截點(diǎn)（IP3）測(cè)量，合適的正交解調(diào)器必須能夠在噪聲系數(shù)和線性度之間達(dá)到很好的平衡。正交解調(diào)器幅度和相位誤差會(huì)導(dǎo)致帶內(nèi)鏡像或無(wú)用邊帶能量。在多載波接收機(jī)中，強(qiáng)帶內(nèi)干擾信號(hào)可能會(huì)與接收機(jī)靈敏度水平的調(diào)制載波相鄰。為了使接收機(jī)獲得良好性能，在基帶解調(diào)過(guò)程中維持適當(dāng)?shù)姆群拖辔黄胶庵陵P(guān)重要。鏡像抑制要求取決于最強(qiáng)和最弱帶內(nèi)信號(hào)之間的差值、解調(diào)所需的信噪比（Eb /No ）和其他噪聲貢獻(xiàn)余量。3G LTE標(biāo)準(zhǔn)要求至少 60dB的總鏡像抑制性能。此外，在指定解調(diào)器本振（LO）相位噪聲時(shí)，還必須考慮到寬帶接收機(jī)中相互混頻這一重要現(xiàn)象。LO相位噪聲會(huì)對(duì)附近的未濾波阻塞進(jìn)行調(diào)制，向所需通道中增加Pblocker_dBm - LO_Noise dBc/Hz噪聲。直接變頻信號(hào)鏈（圖 1）可以為 3G和 4G系統(tǒng)提供低成本的接收機(jī)解決方案。其架構(gòu)沒(méi)有其他接收機(jī)復(fù)雜，并且無(wú)需實(shí)中頻采樣架構(gòu)中使用的多個(gè)表面聲波（SAW）和分立濾波器?；鶐ǖ罏V波器通常采用分立低通設(shè)計(jì)，可在數(shù)字化處理之前提供帶外阻塞和寬帶噪聲抑制。與超外差或?qū)嵵蓄l采樣架構(gòu)所用的IF濾波器相比，該設(shè)計(jì)的插入損耗和成本要低得多。借助I/Q解調(diào)器，基帶截止頻率只需為復(fù)合調(diào)制信號(hào)（以 0 Hz為中心）總信號(hào)帶寬的一半。