采用PLL技術(shù)的接收機(jī)射頻前端的設(shè)計(jì)

射頻前端模塊性能關(guān)系到整個(gè)接收機(jī)的性能。本文通過對(duì)接收機(jī)進(jìn)行研究，分析了超外差接收機(jī)的特點(diǎn)，提出了一種采用PLL技術(shù)的接收機(jī)的射頻前端方 案，及對(duì)射頻前端的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了分析。并通過軟硬件平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)測(cè)本地振蕩信號(hào)和接收機(jī)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比后表明系統(tǒng)指標(biāo)達(dá)到要求。該射頻接收前 端具有高靈敏度、低噪聲、穩(wěn)定的中頻輸出、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，對(duì)其它移動(dòng)通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著非常重要的參考價(jià)值。

1、引言

現(xiàn)代無(wú)線通信始于19世紀(jì)末的無(wú)線電通信，在20世紀(jì)初到70年代，無(wú)線電通信技術(shù)得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用，它為人類提供了一種嶄新的通信手段。無(wú)線通信讓人們實(shí)現(xiàn)了地球距 離甚至是星球距離的通信，無(wú)線通信不只延伸了人類的通信距離，而且以電子技術(shù)、微處理技術(shù)進(jìn)步為基礎(chǔ)的無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，也向人們昭示--以無(wú)限制 自由通信為特征的個(gè)人通信時(shí)代是人類通信的未來(lái)。

如何實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的無(wú)線射頻接收機(jī)終端是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)意義的工作，無(wú)線射頻接收機(jī)終端的設(shè)計(jì)對(duì)其它移動(dòng)通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著非常重要的參考價(jià)值。它要求現(xiàn)在無(wú)線通信射頻接收機(jī)在保證極高的靈敏度的前提下，盡可能的提高接收機(jī)的線性度，使信號(hào)失真最小，誤碼率最低，盡可能的展寬接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，使接收機(jī)的適應(yīng)性更大，抗干擾能力更強(qiáng)。

2、接收機(jī)總體功能描述

超外差結(jié)構(gòu)自從1977 年由Armstrong 發(fā)明以來(lái)，已被廣泛采用.超外差接收機(jī)^[3]系統(tǒng)如圖一所示：

圖1、超外差接收機(jī)結(jié)構(gòu)

接受到的信號(hào)在第一次下變頻模塊之前使用一個(gè)外部鏡像干擾抑制濾波器，可以使鏡像干擾大大削弱，達(dá)到一個(gè)可以忽略鏡像頻率的水平，在下變頻以后使用中頻濾波 器可以進(jìn)行正常的信道選擇。第二次下變頻后通常是解調(diào)出正交的兩路信號(hào)，使得同相的和正交的兩路信號(hào)在數(shù)字處理部分變得容易，在本設(shè)計(jì)中通過解調(diào)器將信號(hào) 還原成I/Q 兩路基帶信號(hào)，并采用運(yùn)算放大器進(jìn)行放大輸出。最后得到的信號(hào)可以送入ADC 中采樣，經(jīng)后級(jí)的DSP處理恢復(fù)出原始信號(hào)。

在超外差式接收機(jī)中，第一次混頻前的高頻放大器必須是低噪聲放大器，因?yàn)樽冾l器的噪聲系數(shù)一般都比較大，而RF 帶通濾波器和鏡頻抑制濾波器是無(wú)源濾波器，有一定的損耗，按多級(jí)線性系統(tǒng)級(jí)聯(lián)的噪聲公式：

(1)

得知，如果沒有低噪聲放大器，則整個(gè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)將很大。因此在變頻器前引入具有一定增益的低噪聲放大器可以減弱變頻器和后面的中頻放大器的噪聲對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，從而對(duì)提高靈敏度有利。

超外差體系結(jié)構(gòu)通過適當(dāng)?shù)倪x擇中頻濾波器和鏡像濾波器可以獲得極佳的選擇性和靈敏度，被認(rèn)為是最可靠的接收機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但需要付出一些成本以獲得充分的性 能。鏡像干擾抑制和信道選擇所需要的外部高Q 帶通濾波器增加了成本和尺寸。本設(shè)計(jì)采用超外差式結(jié)構(gòu)的接收機(jī)，主要是因?yàn)橹蓄l信號(hào)比載頻低很多，在中頻段實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信道的選擇要比在載頻段實(shí)現(xiàn)信道的選 擇容易很多，對(duì)濾波器Q 值的要求低很多。另外，采用超外差接收機(jī)方案，將接收機(jī)的總增益分散到射頻，中頻和基帶上，系統(tǒng)穩(wěn)定性得以提高。

3、接收機(jī)關(guān)鍵部分的設(shè)計(jì)

3.1、接收機(jī)前端放大及混頻電路的實(shí)現(xiàn)

本部分我們需要進(jìn)行以下設(shè)計(jì)：
（1）低噪聲放大器必須有很低的噪聲，合適的增益，高的三階互調(diào)截點(diǎn)及低的功耗。
（2）混頻器應(yīng)有高的三階互調(diào)截點(diǎn)及低的噪聲。對(duì)本振信號(hào)的泄露抑制要好。
（3）好的靈敏度和高的動(dòng)態(tài)范圍。

LNA 采用AD 公司的ATF 系列低噪聲放大器。低噪聲放大器是射頻接收機(jī)前端的主要部分。首先，位于接收機(jī)的最前端，就要求它的噪聲越小越好。為了抑制后面各級(jí)噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響，還 要求有一定的增益，但為了不使后面的混頻器過載，產(chǎn)生非線性失真，所以它的增益又不宜過大。低噪聲放大器必定是一個(gè)小信號(hào)線性放大器。所選取的低噪放工作 帶寬為450MHz 到6GHz，噪聲系數(shù)在0~4GHz 內(nèi)小于1 個(gè)dB，在2GHz 內(nèi)小于0.5dB。

實(shí)測(cè)電路中LNA 的增益為18dB，噪聲系數(shù)估算出小于1dB。

超外差接收機(jī)需要外接鏡頻抑制濾波器來(lái)濾除鏡像頻率干擾，因?yàn)殓R像頻率無(wú)法在中頻濾波器中被濾掉，如果鏡像干擾被混頻后進(jìn)入到帶內(nèi)，對(duì)有用信號(hào)的影響是非常 大的，所以在本設(shè)計(jì)中為了消除鏡像干擾，在變頻器前加入了高Q 值的濾波器，同時(shí)還可以也可以濾除由于LNA 的非線性引入的各種互調(diào)失真干擾。