宽带数字接收机射频前端电路设计

基于无源混频器的多频段　ＴＤ—ＳＣＤＭＡ射频接收器前端设计　黄沫　广晟微电子有限公司　【摘要】文章以０．１３　ｍ　ＲＦＣＭＯＳ工艺实现了直接下变频结构的多频段ＴＤ－ＳＣＤＭＡ射频接收器前端，首先从ＴＤ－　ＳＣＤＭＡ系统要求和电路结构入手，分析了各电路模块的设计，包括高频低噪声放大器、无源混频器、运算放大器和　本振驱动，最后给出了射频接收器前端的测试结果。　【关键词】ＴＤ—ＳＣＤＭＡ　射频接收器前端　无源混频器　直接下变频接收器　１简介　ＴＤ—ＳＣＤＭＡ是ＳＣＤＭＡ技术和先进的ＴＤＭＡ／ＴＤＤ两　项技术的完美结合，其系统具有其他３Ｇ标准所没有的先　收稿日期：２０１０－０４－２７　天优势：收发通道不需要使用对称频带，大大提高了频　谱的使用效率；同时由于其采用非对称传输方式，更是　移动数据业务的理想选择。研制出高性能的收发信机射　频前端片，在ＴＤ—ＳＣＤＭＡ通信系统大规模商用的今天，　无疑具有积极的促进作用。　

５０　ｌ　谂篡　雷杰：清华大学电子工程系硕　士研究生，主要研究领域为无线　宽带通信技术、移动通信系统协　议机制与实现　

赵熠飞：清华大学信息科学与技　术国家实验室助理研究员，主要　研究领域为无线数字通信，包括　信息论、信道编码、多用户检　测、统计信号处理、估计理论、　扩频通信和多天线系统。　黄敏：清华大学信息科学与技　术国家实验室助理研究员，主要　研究领域包括多用户ＭＩＭ０一ＯＦＤＭ　系统中的信号处理和无线资源管　理，以及３ＧＰＰ　ＬＴＥ标准和实现。　

责任编辑：左永君ｚｕｏｙｏｎｇｊｕｎ＠ｍｂｃｏｍ．

ｏｎ　本文提出了一种基于无源混频器的多频段ＴＤ—　ＳＣＤＭＡ接收机前端，它具有较高的线性，可以获得极低　的噪声系数，同时功耗很低，芯片面积很小。　２　ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统要求和电路结构　（１】灵敏度要求　接收机前端最小信噪比（ＳＮＲ）与通信系统采　用的调制方式有关。在室温条件下，天线的噪声功　率为一１　７４ｄＢｍ／Ｈｚ。扩频增益（ｓｐ　ｒｅａｄｉｎｇ　ｇａｉｎ）为　１　０１ｇ（１．６Ｍ／１　２．２ｋ）＝２１．１　ｄＢ，则噪声系数表达式为：　ＮＦ＝Ｐｍｉ．（ｄＢｍ／Ｈｚ）＋２１．１ｄＢ—Ｓ＾侣　＋１７４ｄＢｍ／Ｈｚ＋　２．５ｄＢ　（１）　考虑到实际电路中的非理想因素，留下２　５ｄＢ作为实　现裕量（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍａｒｇｉｎ）。　ＴＤ—ＳＣＤＭＡ通信系统的信号带宽为１．２８ＭＨｚ，最　小的输入信号是一１０８ｄＢｍ，要使误码率（ＢＥＲ）达到　１　０～。基带对ＱＰＳＫ调制至少需要１　９ｄＢ的ＳＮＲ。则有：　ＮＦｑｐｓｋ：一１　０８ｄ　Ｂ　ｍ一１　０ｌ　ｇ（１．２８　Ｍ）＋２　１．１　ｄ　Ｂ一　１９ｄＢ＋１７４ｄＢｍ／Ｈｚ＋２．５ｄＢ一９ｄＢ　（２）　而对于接收１　６ＱＡＭ或６４ＱＡＭ的调制信号，对噪声　系数的要求更高。一般而言，６４ＱＡＭ需要小于６．５ｄＢ的　噪声系数。　考虑到芯片外接的声表滤波器（ＳＡＷ）会为接收机　通道贡献约一２ｄＢ的插损，因此在满足ＨＳＰＡ＋的要求下，　要实现接收ＨＳＰＡ＋的６４ＱＡＭ的调制信号解调，整个射频　接收机的噪声系数应小于４．５ｄＢ。而考虑到后级滤波器和　模数转换器（ＡＤＣ）的噪声贡献，射频接收机前端的噪　声系数应小于３ｄＢ。　（２）大信号交调性能要求　一般来说，三阶交调的产物产生的交调干扰最　大。ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统要求终端射频接收机在输入功率　为一４６ｄＢｍ的静态正弦干扰信号（位于距离有用信号　３．２ＭＨｚ频率处）和输入功率为一４６ｄＢｍ的调制干扰信号　（位于距离有用信号６．４ＭＨｚ频率处）产生交调的情况　下，仍然能够正确解调出输入功率为一１０５ｄＢｍ（比参考　责任编辑：左永君ｚｕｏｙｏｎｇｊｕｎ＠ｍｂｃｏｍ．ｃｎ　强设计与实现　；　ｉ　灵敏度高３ｄＢ）的有用调制信号。　考虑到ＳＡｗ滤波器的插损为一２ｄ　Ｂ，两个干扰源到　达射频接收机输入端口的功率均为一４８ｄＢｍ。按照ＴＤ—　ＳＣＤＭＡ系统的要求，对于ＱＰＳＫ调制，接收机在接收　（一１０５ｄＢｍ一２ｄＢ（ＳＡＷ衰减）＝）一１０７ｄＢｍ的有用信　号时信噪比应高于７ｄＢ，则整个射频接收机输入三阶交　调截点（ＩＩＰ３）为：　／／Ｐ３。。时＝（一１０７ｄＢｍ一７ｄＢ＋４８ｄＢｍ）／２＋４８ｄＢｍ　：一１５ｄＢｍ　（３）　考虑到滤波器和ＡＤＣ的非线性都会影响整个接收机　通道的ｌｌＰ３。接收机前端的ｌｌＰ３需要定义在一１２ｄＢｍ以　内。可见，ＴＤ—ＳＣＤＭＡ系统要求极高的噪声系数的同　时，对线性度的要求也较高，传统基于Ｇｉｌｂｅｒｔ有源混频　器的接收机前端显然很难满足要求，因此需要采用基于　无源混频器的结构。　相对于超外差结构的接收机，本接收机采用直接　下变频的结构（即零中频结构）以获得更低的成本和功　耗。直接下变频结构对混频器的开关对（ｓｗｉｔｃｈ　ｐａｉ　ｒ）　的闪烁噪声（ｆｌｉｃｋ　ｎｏｉｓｅ）更敏感，从而对低噪声的要求　会带来设计上的难度。国内外的研究表明，采用电流驱　动的无源混频器『２＿剐能够很有效地解决该问题。　射频接收机前端模块框图如图１所示。它包括三个　频段的高频低噪声放大器（ＬＮＡ），两个互为对称的无　源混频器（实现９０度正交的ＩＱ两路信号），以及本振信　号（ＬＯ）的产生电路。其中三个频段共用一组ＩＱ混频　器。为了提高共模噪声的抑止比，所有信号通路均采用　全差分（ｆｕｌｌｙ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ１）结构。高频低噪声放大器和　混频器之间必须采用交流耦合（ＡＣ　ＣＯＵｐｌｉｎｇ），以保　证没有任何直流电流流过混频器开关对，从根本上消除　混频器的闪烁噪声（通常是接收机噪声的最大来源）对　射频接收机前端噪声系数的影响。二分频电路把两倍于　本振信号的频率分频，输出相位为９０度正交的ｌ路和Ｑ路　差分本振信号。本振驱动（ＬＯ　ｂｕｆｆｅｒ）提供了足够大摆　幅的本振信号，以提高射频接收机前端的噪声　ｌ生能和线　性度。　２　０　２葛Ｉ　５１１’年第期Ｉ－Ｊ　ｌ

第２１卷第４期　

２００７年１２月　河海大学常州分校学报　

Ｊ０ＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＯＨＡＩ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＣＨＡＮＧＺＨ０Ｕ　Ｖｏ１．２１　Ｎｏ．４　Ｄｅｃ．２ｏｏ７　

文章编号：１００９—１　１３０（２００７）０４—００８３—０４　

短波多信道接收机的射频电路设计　

谈雪梅　

（常州轻工职业技术学院电子电气工程系，江苏常州　２１３１６４）　

摘要：提出多信道接收机射频电路的设计方案，应用多信道接收机实现短波信号测向．以接收灵敏度，抗干扰能力、　增益和相位的一致性、信道的隔离度为重点，进行射频电路设计．采用同一校准信号源对射频电路进行校准，采取合　适的措施保证各信道的隔离度，现场测向试验表明．应用该方案研制的样机的各项实测指标均能满足设计要求．　关键词：多信道接收机；射频；短波　中图分类号：ＴＮ７１０　文献标识码：Ａ　

空间谱估计测向技术．即高分辨率测向技术．具有多信号测向能力，准确度高，灵敏度好．空间谱估计测　

向系统主要由多元天线阵、多信道接收机、数字信号处理设备和终端显示单元等部分组成．空间谱估计测向　

技术的基本算法已基本成熟．但一致性好、抗干扰能力强的多信道接收机尚有待开发　］．本文作者在多年开　

发短波数字接收机的基础上．设计用于测向的多信道接收机射频电路．　

１短波多信道接收机射频电路的组成　

短波多信道接收机有多个相同的射频电路、一个校准信号源和一个本振电路组成．射频电路的主要功　

能是对多元天线阵接收的射频信号进行二次变频．输出中频信号．中频信号经Ａ／Ｄ转换．由数字信号系统　

处理．射频电路的结构框图如图１所示．　

图１射频电路框图　

Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＲＦ　ｃｉｒｃｕｉｔ　

将接收机的频率范围设定为１００　ｋＨｚ～３０　ＭＨｚ．图１中校准信号或射频信号经射频开关切换输出到天　

线衰减器，天线衰减器共有４档，亚倍频程滤波器分为１１个波段；一本振频率的范围为４１．５～７１．４　ＭＨｚ，信　

Ｎｏ．３　Ｊｕｎ．，２００８　微处理机　ＭＩＣＲＯＰＲＯＣＥＳＳＯＲＳ　第３期　２００８年６月　

ＡＤ８３４７在接收机前端设计中的应用　吴佳　，邹　芳　，邓新蒲　（１．国防科技大学电子科学与工程学院，长沙４１００７３；２．武警工程学院通信工程系，西安７１００８６）　摘　要：首先说明了ＡＧＣ电路的工作原理，介绍了具有７０ｄＢ动态范围的ＡＧＣ芯片ＡＤ８３４７　的特点。最后，给出了该芯片在一个接收机系统中应用的实例。以该芯片设计的ＡＧＣ电路运行稳　定可靠，证朗了其在接收机射频前端设计中的有效性。　关键词：自动增益控制；接收机设计　中图分类号：ＴＮ４０２　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—２２７９（２００８）Ｏ３—００３０—０３　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＡＤ８３４７　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ｆｒｏｎｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　ＷＵ　Ｊｉａ　，ＺＯＵ　Ｆａｎｇ　，ＤＡＮＧ　Ｘｉｎ—ｐｕ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．ｏｆＤｅｆｅｎｓｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＡｒｍｅｄ　Ｐｏｌｉｃｅ　Ｆｏｒｃｅ，Ｘｉ’ａｎ　７１００８６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｄａｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＧＣ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＤ８３４７一ａｒＩ　ＡＧＣ　ｃｈｉｐ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　７０ｄＢ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒａｎｇｅ，Ａｔ　ｌａｓｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｏｆ　ＡＤ８３４７　ｉｎ　ａ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ．ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ＡＧＣ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＤ８３４７　ｒｕｎｓ　ｓｔｅａｄｉｌｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｙ．　Ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｃｈｉｐ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ＲＦ—Ｆｒｏｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＡＧＣ）；Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ　１　引　言　随着电子技术的发展，接收机在整个电子领域　占有越来越重要的地位。但是，随着电磁环境的１３　益恶化，不同频段电磁信号之间的相互串扰，以及可　能出现的人为干扰，将会导致接收机输入端口的信　号动态范围较大，一旦出现电路饱和或是Ａ／Ｄ量化　限幅，将会严重影响接收机的性能。为了有效防止　电路饱和以及Ａ／Ｄ量化限幅，保证卫星接收机能正　常工作，需要设计大动态范围的自动增益控制电路，　保证输出给Ａ／Ｄ的功率恒定。因此，自动增益控制　（ＡＧＣ）电路被广泛应用于各种接收机接收系统　中…。　简要介绍了ＡＧＣ电路的分类以及工作原理，分　析了具有７０ｄＢ动态范围的ＡＧＣ芯片ＡＤ８３４７的特　点。最后，文章给出了该芯片在一个接收机系统中　应用的实例。　２　ＡＧＣ电路分类及工作原理　频信号进行包络检波，以包络检波输出作为ＶＧＡ的　控制信号，实现自动增益控制。　

125k收发射频电路设计

摘要：

一、引言

二、发射频电路设计原理

1.发射频电路的基本组成部分

2.发射频电路的工作原理

三、125k收发射频电路的设计

1.设计目标与要求

2.电路参数的选择

3.电路元件的布局与优化

四、电路仿真与测试

1.仿真软件的选择与设置

2.测试指标与方法

3.测试结果与分析

五、结论与展望

正文：

一、引言

随着无线通信技术的快速发展，射频电路设计在现代通信系统中发挥着越来越重要的作用。本文主要介绍了一种125k收发射频电路的设计方法，旨在为射频电路设计领域的研究者和工程师提供一定的参考价值。

二、发射频电路设计原理 1.发射频电路的基本组成部分

发射频电路主要包括射频发射器、射频放大器、射频开关、频率合成器、功率放大器等部分。这些部分相互配合，共同实现信号的发射功能。

2.发射频电路的工作原理

发射频电路的工作原理主要包括信号产生、信号放大、信号调制、信号发射等环节。首先，信号产生电路产生射频信号；然后，信号经过射频放大器进行放大；接下来，射频开关对信号进行切换；随后，频率合成器对信号进行频率合成；最后，功率放大器对信号进行进一步放大，并通过天线发射出去。

三、125k收发射频电路的设计

1.设计目标与要求

本设计旨在实现一款125kHz的收发射频电路，要求具备较高的稳定性、可靠性和实用性。设计过程中需要充分考虑电路的性能指标，如频率范围、输出功率、线性度、谐波抑制等。

2.电路参数的选择

在设计过程中，根据电路性能要求，合理选择电路元件的参数。例如，选用适当的电感、电容、电阻等元器件，以满足电路的频率响应、匹配性和稳定性等要求。

3.电路元件的布局与优化

电路元件的布局对于电路的性能具有重要影响。在设计时，应充分考虑电路元件的布局原则，如减小相互干扰、优化信号路径、合理分配空间等。同时，采用电磁仿真软件对电路进行优化，以提高电路的性能。