低功耗接收機(jī)中頻子系統(tǒng)芯片AD608的原理、特點(diǎn)與應(yīng)用

摘要：AD608是AD公司推出的一款3V低功耗接收機(jī)中頻子系統(tǒng)芯片，它內(nèi)含混頻器，并帶有限幅器和接收信號(hào)強(qiáng)度指示（RSSI）功能。可用于PHS，GSM，TDMA，F(xiàn)M，PM等系統(tǒng)中的接收機(jī)和便攜式儀表設(shè)備中。文中介紹了AD608的功能原理和典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：接收機(jī) 中頻子系統(tǒng) TDMA AGC

1 概述

AD608集成了低功耗、低失真、低噪聲的混頻器和一個(gè)完整的集成對(duì)數(shù)/限幅放大器，該放大器使用“連續(xù)檢測”技術(shù)。可提供一個(gè)高速RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度指示）輸出，并具有80dB的動(dòng)態(tài)范圍和硬限幅輸出。RSSI輸出解級(jí)后面的雙極點(diǎn)低通濾波器能提供范圍為0.2～1.8V的輸出電壓。AD608的電源范圍為2.7～5.5V，在電源為3V時(shí)，典型功耗為21mW。

AD608芯片的射頻和本振帶寬都超過了500MHz。在一個(gè)典型的中頻應(yīng)用中，AD608可使用240MHz的SAW濾波器輸出，并可把它交換到額定的10.7MHz中頻，其轉(zhuǎn)換增益為24dB。AD608的對(duì)數(shù)/限幅放大器單元可處理的中頻范圍從低頻到30MHz。

AD608的混頻器為雙平衡式“Gilbert單元”類型的混頻器，在射頻輸入為-95dBm～-15dBm時(shí)均可線性工作，它的額定IP3為-5dBm，芯片內(nèi)的本振預(yù)放大器只需要-16dBm的本振驅(qū)動(dòng)?；祛l器的電流輸出可驅(qū)動(dòng)一個(gè)鏈接在反向端的10.7MHz的330Ω濾波器，該濾波器符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)數(shù)放大器是這樣標(biāo)度的：對(duì)于本振放大器的-75dBm的輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)電平為0.2V；而在其輸入為-75dBm時(shí)，輸出是1.8V；在整個(gè)范圍中，對(duì)數(shù)放大器的一致性在±1dB內(nèi)。AD608中對(duì)數(shù)放大器的斜率正比于電源電壓。反饋環(huán)路可自動(dòng)將輸入偏移調(diào)整到零。

AD608的限幅器輸出還可提供硬限幅信號(hào)輸出，其值為400mVpp。限幅放大器的電壓增益大于100dB，轉(zhuǎn)換時(shí)間是11ns。在頻率為10.7MHz時(shí)，對(duì)于-75dBm到+5dBm的輸入范圍，其相位穩(wěn)定度在±3°內(nèi)。

AD608地面觀察站有與CMOS邏輯電平兼容的電壓輸入使能，響應(yīng)時(shí)間為200ns。禁止時(shí)可在400ns內(nèi)將功耗降到300μW。

AD608采用16腳塑料SOIC封裝形式。圖1所示為AD608的引腳排列圖，表1為其管腳功能描述。另外，AD608還有如下主要特點(diǎn)：

●片內(nèi)集成了完整的接收機(jī)；

●內(nèi)含對(duì)數(shù)/限幅放大器；

●功耗低3V電源時(shí)僅有21mW的功耗，在200ns的使能/禁止時(shí)間內(nèi)，利用與CMOS兼容的低楞耗控制功能可在低功耗狀態(tài)時(shí)將其功耗降低為300μW。

AD608中頻子系統(tǒng)芯片以其優(yōu)越的特性可廣泛用于PHS、GSM、TDMA、FM、PM接收機(jī)系統(tǒng)、采用電池供電的儀表設(shè)備以及基站RSSI測量系統(tǒng)中。

2 工作原理

圖2所示為AD608的原理功能框圖，它由混頻器和在其后連接的帶有RSSI和硬限幅輸出的對(duì)數(shù)中頻放大器組成。混頻器采用改進(jìn)的Gilbert單元結(jié)構(gòu)。在線性工作時(shí)，不論混頻器輸入端的阻抗為多少，其最大輸入電平均可達(dá)到±56.2mV?；祛l器的輸入阻抗可建模為并聯(lián)RC網(wǎng)絡(luò)；輸入阻抗值與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所列。從射頻輸入端到中頻輸出端MXOP的1dB帶寬為30MHz。

表1 AD608的管腳描述

表2 混頻器輸入阻抗與頻率的關(guān)系

AD608的對(duì)數(shù)中頻放大器包含五級(jí)放大器，每一組的增益為16dB，后接限幅器，中頻帶寬是30MHz，限幅增益為110dB。相位抖動(dòng)典型值是±3°（輸入-75dBm～+5dBm）。限幅器的輸出阻抗是200Ω，對(duì)于5kΩ的負(fù)載，限幅器的輸出驅(qū)動(dòng)為±200mV(400mVpp)。在沒有輸入信號(hào)時(shí)，限幅器也可對(duì)噪聲波動(dòng)進(jìn)行限幅，以產(chǎn)生擺幅為400mV的隨機(jī)過零輸出。

由于對(duì)數(shù)放大器是直流耦合的，它具有大于110dB的增益，這樣，在其輸入端即使存在幾個(gè)微伏的偏移也會(huì)使輸出飽和。因此，AD608使用低頻反饋回路來消除輸入的偏移。該回路由一個(gè)限幅器驅(qū)動(dòng)的電流源組成，該電流源可向FDBK端發(fā)送50微安的電流脈沖。這些脈沖經(jīng)過由C1，R4，C5組成的π型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行低通濾波。經(jīng)過平滑后的直流電壓從中頻放大器的輸入端IFLO減掉。由于該放大器是一個(gè)帶反饋回路的高增益放大器，因此必須注意布局設(shè)計(jì)和元件值的選擇，以防止發(fā)生振蕩。

對(duì)數(shù)放大器使用連續(xù)檢測結(jié)構(gòu)。五級(jí)中的每一級(jí)都具有全波檢測器；兩個(gè)額外的高低頻檢測器由位于限幅放大器輸入端的衰減器驅(qū)動(dòng)，共有7級(jí)檢測器。由于每一級(jí)檢測器都進(jìn)行全波整流，因此，在產(chǎn)生的整流電壓中的紋波成分是IF處的兩倍。AD608的低通濾波器具有2MHz的截止頻率，這比由于10.7MHz的中頻而產(chǎn)生的21.4MHz的紋波頻率低一個(gè)倍頻程。

在工作于較低的中頻時(shí)，AD608需要外接一單極點(diǎn)90kHz的低通濾波器，該頻率比這些中頻產(chǎn)生的900kHz紋波頻率低一個(gè)倍頻程。而對(duì)于在-75dB～+5dB的輸出，其RSSI的測量精度為±1dB。

在典型的峰窩通信應(yīng)用中，AD608的RSSI輸出將由A/D轉(zhuǎn)換器予以數(shù)據(jù)化。AD608的RSSI輸出正比于電源電壓，這樣不僅使A/D轉(zhuǎn)換器可用電源作為參考，而且RSSI輸出和A/D轉(zhuǎn)換器的輸出均可跟蹤電源電壓的變化，從而降低系統(tǒng)的誤差和元件成本。

3 常見問題

使用AD608經(jīng)常發(fā)生的問題有：在偏移反饋回路中使用不正確的元件值，比較差的印制板布局，以及存在射頻干擾，這些都會(huì)使得AD608在低端（低于-65dBm）時(shí)失去RSSI測量能力，而使得限幅器隨機(jī)擺動(dòng)。比較差的印制板布局設(shè)計(jì)和不恰當(dāng)?shù)钠品答伝芈范紩?huì)造成低頻振蕩。而不恰當(dāng)?shù)牟季衷O(shè)計(jì)和屏蔽會(huì)產(chǎn)生射頻干擾。

4 典型應(yīng)用

圖3所示為AD608工作于10.7MHz中頻數(shù)字系統(tǒng)配置形式。濾波器的輸入和輸出阻抗使用330Ω的電阻予以并聯(lián)端接，轉(zhuǎn)換增益是24dB。

圖4所示為AD608工作于450kHz或者455kHz時(shí)的窄帶FM應(yīng)用配置，該電路在外部接有鑒頻器。它的IF濾波器具有1500Ω的輸入和輸出阻抗。電路中的輸入應(yīng)由電阻網(wǎng)絡(luò)予以匹配，鑒頻器所需的1Vpp的驅(qū)動(dòng)電壓則由增益為2.5的A類放大器提供。