吴星华

    摘要:本文对全集成、3GGP FDD(全双工) 射频直接转换零中频接收器方案作介绍,并详细讨论接收器二阶互调(IM2)产物产生机制和功率电平等与动态范围相关量的测算,以及输入二阶截点(IIP2)功率引出与最低要求等接收器的关键指标作出分析。

    关键词: 直接转换接收器  二阶互调(IM2)产物   输入二阶截点(IIP2)   失真效应

    前言

    众所周知,欧洲提出的W-CDMA、北美提出的CDMA2000将是第3代移动通信系统的主要技术,而宽带COMA技术是主流。

    近年来，随着第3代(3G)无线网络在日本(IMT-2000)、欧洲(UMST)和美国(CDMA2000)的推广，在3G移动手机的商业开发中，对低成本、低功耗与小型化的用户设备(UE)的需求正在变得日益重要。通过硅处理工艺的正确使用、适当的电路设计技术和架构的实现，直接转换接收器架构已成为高集成度3G手机平台最有前途的一种系统方案。

    在本文中，将对全集成、3GGP (第3代移动通信伙伴计划)FDD(全双工) 射频直接转换零中频接收器方案(图1)作介绍，并详细讨论接收器二阶互调(IM2)产物产生机制和功率电平测算,以及对输入二阶截点(IIP2)功率引出与最低要求作出分析，因为输入二阶截点(IIP2)是直接转换接收器的一项关键指标。

    关于直接转换接收机互调(IM) 产物

    关于互调(IM)产生的多阶和差产物都是干扰, 互调失真性能的测量是通信接收机中最重要的测试之一。无论接收机的灵敏度有多高,如果它不能很好地抑制强信号,那么该接收机就没有使用价值。偶阶互调产物可以通过信送道选择滤波器之前的滤波电路予以滤除，而二阶或三阶产物通常是最强的，需要经常测试。由于讨论的互调产物是来直接转换自接收机的有源器件,所以自然在器件输出端测量各种电压和功率电平。

    直接转换接收机动态范围

    直接转换接收机动态范围是表示在允许的噪声和失真的情况下,接收机可以处理的最强信号与最弱信号的比值,单位为dB。它是引起最大允许失真的最强信号与具有最小可接受信噪比(S/N)品的最弱信号之间的比值。

    为此需要指出的是,通过后述的“二阶失真效应”一节的分析，将介绍并讨论在零中频接收器IC的下变频器中，产生二阶非线性产物-干扰源的所有关键来源,即产生机制。又将在“关于IIP2功率导出”一节中，将对二阶输入截点(ⅡP2) 功率作推导。然后，在最后两节中，将注意力放在真正的二阶互调(IM2)产物的估计及基于规定的3G标准的二个测试案例，并估算对于3GPP零中频接收器IIP2的最低要求。之所以要将注意力放在二阶互调(IM2)产物估计，这是因为二阶互调(IM2)是一个与器件(如放大器、混频器)和接收机的动态范围都相关的量。

    1、  FDD(全双工)工作模式与直接转换零中频接收器结构

    直接转换零中频接收器,这是一种特殊类型的接收器,其工作原理是超外差式,但用的却是零IF(中频),即本振频率(Fi)等于输入信号频率(Fr)。通带对超外差式来说，IF=Fr±Fi,而对直接转换零中频接收器来说IF=0=Fr-Fi,则Fr=Fi。

    如图1所示，直接转换或零中频接收器结构可以将信号直接解调为基带I/Q(同相与正交)信号，是实现接收器完全片上集成的途径。I/Q信道变换将产生二个输出,二者之间差90度。

    从图1可看出,在3G W-CDMA FDD工作模式下(图2为 FDD模式操作基本原理示意图)，为了隔离Rx(接收器)与Tx(发送器)部分，只需要一个外部双工器。此外，由于有限的双工器Tx与Rx隔离会引起解调器输入端的带外阻塞与发送机泄露，因此在FDD射频中需要LNA(噪声放大器)后端RF滤波器对其进行抑制。需要说明的图1的双工器为双工通信制(而双工通信制的示意图,见图3所示),是指收发双方能同时工作,A方发话的同时能收刭B方发话,无需发话按键,使用时与普通电话一样方便,双工通信制其特点有二。其一、占用的无线频点多,用户容量大；其二、移动话机之间无法通话,必须通过基站接结, 基站可以方便地实现本地区、全国或全世界联网。

    在零中频接收器IC中，通道选择性是在基带用片上低通滤波器(LPF)实现的。信道滤波后，可变增益放大器(VGA)将基带的I/Q信号放大，然后射频调制解调IC的模拟基带部分将信号数字化。图1中的RF PLL(锁相环)是用来实现频率合成,其作用为手机中高精度信号源。