蜂窝基站数字接收机配置与设计思想
蜂窝基站数字接收机配置与设计思想
摘要：本文主要介绍蜂窝基站数字接收机配置与设计思想 并从动态特性着手分析数字接收结构中新型高速ADC与集成混频器应用特征。
1、 配置与设计思想
1.1关于蜂窝基站数字接收机的基本结构
当今 多载波射频架构、蜂窝基站收发器和高性能测试设备已获得广泛应用 而蜂窝基站收发器(BTS)又是现代通信领域的被看好的项目。
众所周知 蜂窝基站收发器(BTS)是由多个不同的硬件模块组成，其中之一就是完成RF接收(Rx)及发送(Tx)功能的收发器(TRx)模块。在老式模拟AMPS(高级移动电系统)及TACS(全入网通信系统) BTS中，一个TRx处理一路双工Rx和Tx RF(射频)载波。若要实现要求的呼叫覆盖率就需要很多个收发器才能提供足够的载波。
如今在全球范围内，模拟技术已被CDMA和W-CDMA所取代，许多国家在10年前就采用了GSM。在CDMA中，多个通话用户使用同一个RF频率，这样一个收发器就可同时处理多个通话用户的信号。截至目前已有多种CDMA和GSM的设计方案，BTS制造商也一直致力于探索可降低成本和功耗的方法，即对单载波解决方案进行优化或开发多载波接收机为行之有效的方案。而接收机的基本格式是超外差接收机 见图1(a)所示 其IF为中频频率 fIN输入接收 f1为本振频率 则IF=|fIN±f1|。而超外差有二种形式 即常用的是下变频式(见图1b为单级下变频式)和上变频式。而如今BTS设备常用的是欠采样数字接收机的结构框图 见图2所示 它属于两级下变频式变换架构。
1.2 足够的动态范围是数字接收机的设计思想
大多数字接收机对其采用的高性能模-数转换器(ADC)及模拟器件的要求都较高。例如，蜂窝基站数字接收机要求有足够的动态范围，以处理较大的干扰(或阻塞)，从而把电平较低的有用信号解调出来。应用Maxim公司的15位65Msps模数转换器MAXl418或12位65Msps模数转换器MAXl211配以2GHz的MAX9993或900MHz的MAX9982集成混频器，即可为接收杌的两级关键电路提供出色的动态特性；而中频(IF)数字可调增益放大器(DVGA)MAX2027和MAX2055能够在许多系统中提供较高的三阶输出截点(OIP3)，并满足系统所需要的增益凋节范围。有上述的应用解决了数字接收机的设计思想。
1.3构成的技术要求
由于MAX9993(2GHz)和MAX9982(900MHz) 集成混频器可为许多设计提供所需的增益和线性度，而且具有极低的噪声，可替代那些损耗较高的无源混频器。MAX2027和MAX2055工作在接收机的第一、二中频级。在整个增益调节范围内，MAX2027提供+35dBm的OIP3，MAX2055提供+40dBm的OIP3。在图2电路中数据转换器采用的是MAXl418(15位、65Msps)和MAX12553(14/12位、95Msps)，此外Maxim的数据转换器产品还有其它采样速率的器件，可满足大多数设计要求。应该说该图2就是为两个分集支路之一是一个典型的两级下行变换架构。若将图2中的第二下变频器省去(虚线中所示)，那么图2所示电路就变成了单级下变频结构。
2.低噪声与最佳的动态范围的ADC的使用
图2所示的欠采样数字接收机结构对ADC的噪声和失真有着严格的要求 它是影响数字接收机性能的重要因素 为此应使用低噪声ADC 器件 这是为什么？
其因是 在接收机中，电平较低的有用信号单独被数字化或同时伴随有无用的、需要倍加关注的大幅度信号。因此要想使接收机正常工作，ADC的有效噪声系数要按这两种信号的极端情况来计算。对于小的模拟输入信号，ADC的噪声基底中占支配地位的是热噪声和量化噪声，决定了ADC的有效噪声系数(NF)。
实际上，小信号条件下的ADC有效噪声系数一经确定，模拟电路(RF或IF)的级联噪声系数也就随之确定。ADC前级电路的最小功率增益应满足接收电路的噪声系数要求。这个功率增益确定了接收器能够容忍，不会使ADC过载最高干扰电平上限。在BTS中，如果不采用自动增益控制(AGC)，ADC的动态范围一般无法同时满足电路噪声系数(接收机灵敏度)和最大干扰两方面的要求。AGC电路可以放在RF级或IF级电路中，也可在两级电路中同时包含AGC电路。那ADC采用MAXl418又有什么优越的动态性能呢？
由于15位、80MSpS ADC MAXl418系列是具有更低的背景噪声专为IF或基带采样优选的高速ADC系列. MAXl418系列的其它产品最适合于flNPUT
正因为MAXl418／MAXl419／MAXl427是专为那些要求高动态性能和优越的杂散特性的应用而设计 所以它广泛适用于多载波射频架构、蜂窝基站收发器和高性能测试设备等之中。
为了适应这些应用的要求，那MAXl419/MAXl427ADC系列是如何为基带采样或IF采样作优化呢？即就是能在5MHz输入频率下，这些产品具有业界领先的-79.3dBFS的背景噪声和76.5dB的信号-噪声比(SNR)。这些产品中包括MAXl419(优化于65Msps时钟速率)和MAXl427(优化于80Msps时钟速率)，在相同输入频率下，无杂散动态范围(SFDR)更是达到了94.5dBc。况且可提供引脚兼容的65/80Msps多种版本 故特别适合于单/多载波接收器和蜂窝基站收发器。
3、MAX12553能理想的用于基站接收器并成为一次下变频级的接收器结构892