精品文檔-下載后可編輯圖文詳解數(shù)字接收機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用本文介紹了設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字廣播接收機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)。有許多新的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜的接收機(jī)設(shè)計(jì)大大簡(jiǎn)化。本文試圖解釋如何計(jì)算這種接收機(jī)的靈敏度和選擇性。它決不是一個(gè)詳盡的闡述，而是一個(gè)底漆等許多技術(shù)和計(jì)算參與設(shè)計(jì)。

許多無(wú)線電設(shè)計(jì)和架構(gòu)的進(jìn)步現(xiàn)在允許快速變化無(wú)線電領(lǐng)域的設(shè)計(jì)。這些變化允許減少規(guī)模、成本、復(fù)雜性和提高制造使用數(shù)字組件替換不可靠和地模擬組件。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，許多先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造要求，在過(guò)去的幾年里取得成果。其中一些進(jìn)展包括更好的集成攪拌機(jī)，LNA、改善看到過(guò)濾器、低成本高性能adc和可編程數(shù)字調(diào)諧器和過(guò)濾器。

收音機(jī)是什么？

傳統(tǒng)上，無(wú)線電已經(jīng)被認(rèn)為是“盒子”，連接到天線和背后的一切，然而，許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)劃分為兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。廣播和數(shù)字處理器。分割，收音機(jī)的目的是下轉(zhuǎn)換和過(guò)濾所需的信號(hào)，然后數(shù)字化信息。同樣，數(shù)字處理器的目的是將數(shù)字化數(shù)據(jù)，提取出所需的信息。

需要理解很重要的一點(diǎn)是，數(shù)字接收機(jī)不一樣的數(shù)字無(wú)線電（調(diào)制）。事實(shí)上，數(shù)字接收機(jī)將做一個(gè)出色的工作在接收AM和FM等任何模擬信號(hào)。數(shù)字接收機(jī)可以接收任何類型的調(diào)制包括任何模擬或數(shù)字調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于數(shù)字處理器的是一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），這使得整個(gè)無(wú)線電接收機(jī)本身的許多方面是通過(guò)軟件控制。因此，這些需求方可以重組與升級(jí)或新功能在客戶細(xì)分的基礎(chǔ)上，所有使用相同的硬件。然而，這本身是一個(gè)完整的討論，而不是本文的重點(diǎn)。

本文的重點(diǎn)是收音機(jī)以及如何預(yù)測(cè)/設(shè)計(jì)性能。將討論下列主題：

可用的噪聲功率

級(jí)聯(lián)噪聲圖

圖和adc噪聲

轉(zhuǎn)換增益和敏感性

ADC虛假信號(hào)和高頻振動(dòng)

三階截點(diǎn)

ADC時(shí)鐘抖動(dòng)

相位噪聲

IP3的射頻部分

單載波和基于

有兩種基本類型的收音機(jī)正在討論。個(gè)被稱為單載波和第二個(gè)基于接收機(jī)它們的名字所暗示的明顯，但是其功能可能不是完全清楚。單載波接收機(jī)是一種傳統(tǒng)的無(wú)線電接收機(jī)中選擇性的模擬濾波器如果階段?；诮邮照哌M(jìn)程內(nèi)的所有信號(hào)頻帶與一個(gè)射頻/模擬地帶和派生選擇性數(shù)字濾波器中遵循模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器。這樣一個(gè)接收器的好處是，在應(yīng)用程序與多個(gè)接收器調(diào)節(jié)到不同的頻率在同一個(gè)樂隊(duì)可以實(shí)現(xiàn)更小的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和降低成本，由于消除了冗余電路。一個(gè)典型的應(yīng)用程序是一個(gè)細(xì)胞/無(wú)線本地環(huán)路系統(tǒng)基站。另一個(gè)應(yīng)用程序可以監(jiān)視接收器通常使用掃描器監(jiān)視多個(gè)頻率。這個(gè)應(yīng)用程序允許同時(shí)監(jiān)測(cè)的頻率而不需要順序掃描。

典型的單載波接收機(jī)

典型的基于接收機(jī)

實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字廣播接收機(jī)的好處

之前的詳細(xì)討論設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字廣播接收機(jī)進(jìn)行了討論，需要討論的一些技術(shù)的好處。包括過(guò)采樣、處理增益，采樣、頻率規(guī)劃/刺激位置。這些提供技術(shù)優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)無(wú)線電接收機(jī)設(shè)計(jì)不可以實(shí)現(xiàn)的。

在采樣和處理增益

奈奎斯特準(zhǔn)則細(xì)密地決定了任何給定信號(hào)所需的采樣率。很多時(shí)候，奈奎斯特率是援引的采樣率頻率分量的兩倍。這意味著如果抽樣程序在70MHz，采樣率140m/s的一個(gè)需要。如果我們的信號(hào)只占5MHz約70MHz，然后抽樣140議員是浪費(fèi)。相反，奈奎斯特要求采樣信號(hào)的兩倍帶寬的信號(hào)。因此，如果我們的信號(hào)帶寬5MHz，然后抽樣10MHz是足夠的。任何超出這叫做取樣。過(guò)采樣是一個(gè)非常重要的功能，因?yàn)樗试S一個(gè)有效的接收信噪比增益在數(shù)字域。

在對(duì)比抽樣抽樣下的行為。在抽樣的抽樣頻率遠(yuǎn)低于一半的實(shí)際信號(hào)頻率采樣（請(qǐng)參閱下面的部分）。因此，它是可能的過(guò)采樣，采樣同時(shí)自定義對(duì)帶寬和另一個(gè)頻率的興趣。

在任何數(shù)字化過(guò)程中，信號(hào)采樣的速度，噪聲越低地板因?yàn)樵胍舴稚⒌礁嗟念l率?？偧稍肼曨l率保持不變，但現(xiàn)在分散到更多的好處如果ADC后跟一個(gè)數(shù)字濾波器。噪聲地板遵循方程：

這個(gè)方程表示轉(zhuǎn)換器的量化噪聲水平，顯示了噪音和FS樣本率之間的關(guān)系。因此每次采樣率翻倍，有效的噪聲層提高了3dB！

數(shù)字濾波的作用是去除所有不必要的噪聲和偽信號(hào)，只留下如下所示數(shù)據(jù)所需的信號(hào)。

典型的數(shù)字濾波前ADC頻譜

典型的數(shù)字濾波后ADC頻譜

可以大大提高信噪比的ADC如上圖中所示。事實(shí)上，信噪比可以提高通過(guò)以下方程：

如圖所示，比率越大采樣率和信號(hào)帶寬、處理增益越高。事實(shí)上，漲幅高達(dá)30dB是可以實(shí)現(xiàn)的。

采樣頻率轉(zhuǎn)換

如前所述，在抽樣的抽樣的頻率遠(yuǎn)低于實(shí)際的信號(hào)頻率的一半。例如，一個(gè)70MHz的信號(hào)采樣在13個(gè)議員欠采樣的一個(gè)例子。

下采樣很重要，因?yàn)樗梢曰旌虾瘮?shù)非常相似。當(dāng)信號(hào)在采樣時(shí)，別名為基帶或奈奎斯特頻率區(qū)，好像他們?cè)诨鶐?。例如，我們?0MHz以上信號(hào)采樣時(shí)13議員將出現(xiàn)在5MHz。這在數(shù)學(xué)上可以描述：

這個(gè)方程提供了導(dǎo)致和第二奈奎斯特頻率區(qū)。自從ADC別名奈奎斯特的所有信息區(qū)，這個(gè)方程生成的結(jié)果必須檢查是否高于fSampleRate/2。如果它們，那么必須并入奈奎斯特頻率區(qū)由fSampleRate減去結(jié)果。

下面的表顯示了如何別名為基帶信號(hào)及其頻譜取向。雖然抽樣的過(guò)程（混淆）是不同的混合（乘法），結(jié)果非常相似，但周期性的采樣率。另一個(gè)現(xiàn)象是，光譜的逆轉(zhuǎn)。在攪拌機(jī)中，某些產(chǎn)品成為了在抽樣過(guò)程中如上下邊帶逆轉(zhuǎn)。下面的表格還顯示情況下導(dǎo)致光譜的逆轉(zhuǎn)。

頻率規(guī)劃和刺激就業(yè)

設(shè)計(jì)無(wú)線架構(gòu)時(shí)的挑戰(zhàn)之一是如果頻率位置。加劇這個(gè)問題是驅(qū)動(dòng)放大器和adc往往產(chǎn)生不必要的諧波，出現(xiàn)在數(shù)字頻譜數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)錯(cuò)誤的信號(hào)。是否申請(qǐng)寬帶，仔細(xì)選擇的樣本率和頻率是否能將這些熱刺在位置，使用時(shí)將???現(xiàn)他們無(wú)害的數(shù)字調(diào)諧器/過(guò)濾器，和AD6620一樣，可以選擇感興趣的信號(hào)和拒絕所有其他人。所有這一切是好的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)仔細(xì)選擇輸入頻率范圍和采樣率，驅(qū)動(dòng)放大器和ADC諧波可以被放置帶外。過(guò)采樣諧波頻譜只簡(jiǎn)化問題通過(guò)提供更多的落在。

例如，如果第二個(gè)和第三個(gè)諧波決心特別高，通過(guò)仔細(xì)選擇的模擬信號(hào)的采樣率，這些第二和第三次諧波可以放置帶外。的情況下編碼率等于40.96議員和一個(gè)信號(hào)帶寬5.12MHz，將5.12和10.24兆赫之間如果地方第二次和第三次諧波帶如下表所示。雖然這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的例子，它可以適合許多不同的應(yīng)用程序。

可以看到，第二個(gè)和第三個(gè)諧波離開樂隊(duì)感興趣的下降，導(dǎo)致沒有干擾的基本組件。應(yīng)該指出的是，秒，三分之二彼此重疊和周圍的三分之二別名FS/2。這看起來(lái)如下所示的表格。

另一個(gè)例子可以發(fā)現(xiàn)在欠采樣頻率規(guī)劃。如果模擬輸入信號(hào)范圍從直流到f/2的放大器和濾波器組合必須執(zhí)行的規(guī)范要求。然而，如果信號(hào)是放在第三尼奎斯特區(qū)（FS-3f/2）、放大器不再需要滿足諧波系統(tǒng)要求的性能規(guī)格，因?yàn)樗兄C波會(huì)在通帶濾波器。例如，通帶濾波器將從FS3f/2。二次諧波將跨度從2fs3fs，通頻帶過(guò)濾器范圍外。然后負(fù)擔(dān)已通過(guò)了ADC的濾波器設(shè)計(jì)提供符合基本規(guī)范在感興趣的頻率。在許多應(yīng)用程序中，這是一個(gè)有價(jià)值的權(quán)衡，因?yàn)樵S多復(fù)雜的過(guò)濾器可以很容易地實(shí)現(xiàn)使用了和電感電容電阻測(cè)量技術(shù)都在這些如果頻率相對(duì)較高。雖然諧波驅(qū)動(dòng)放大器的性能由這種技術(shù)，輕松互調(diào)性能不能犧牲。

使用這種技術(shù)使諧波超出奈奎斯特感興趣的區(qū)域讓他們很容易過(guò)濾如上所示。然而，如果ADC仍然生成自己的諧波，之前討論的技術(shù)可以用來(lái)仔細(xì)選擇采樣率和模擬頻率諧波落入未使用部分的帶寬和數(shù)字濾波。

接收機(jī)性能的期望

帶著這些想法，如何確定電臺(tái)的性能和權(quán)衡。許多技術(shù)從傳統(tǒng)的無(wú)線電設(shè)計(jì)可以作為所示。在下面討論，有一些區(qū)別多通道和單通道收音機(jī)。這些將會(huì)指出。記住，這個(gè)討論是不完整和許多地區(qū)un-touched離開了。額外的閱讀主題，參考本文結(jié)尾處的參考資料之一。此外，這個(gè)討論僅覆蓋數(shù)據(jù)送到DSP。許多接收器使用專有方案進(jìn)一步提高性能通過(guò)額外的噪音抑制和外差消除。

在下面的討論中，通用接收機(jī)設(shè)計(jì)如上所示。考慮這個(gè)討論始于天線和以數(shù)字調(diào)諧器/過(guò)濾器。除了這一點(diǎn)是數(shù)字處理器超出了本文的范圍。

分析始于幾個(gè)假設(shè)。首先，它假設(shè)接收機(jī)噪聲是有限的。是，不存在熱刺inband，否則限制性能。它是合理的假設(shè)瞧，如果可以選擇，這是真的。此外，它將生成之后，馬刺把家ADC通常不是一個(gè)問題，因?yàn)樗麄兊膽?yīng)用程序通?？梢韵秳?dòng)或通過(guò)明智地使用過(guò)采樣和信號(hào)位置。在某些情況下，這些可能是不現(xiàn)實(shí)的假設(shè)，但它們確實(shí)提供了一個(gè)起點(diǎn)的性能限制可以板凳標(biāo)記。

第二個(gè)假設(shè)是，接收機(jī)前端的帶寬是我們的奈奎斯特帶寬。雖然我們的實(shí)際分配的帶寬可能只是5MHz，利用奈奎斯特帶寬將簡(jiǎn)化計(jì)算。因此，采樣率65m/s的一個(gè)會(huì)給奈奎斯特帶寬為32.5MHz。

可用的噪聲功率

開始分析，必須考慮噪聲天線端口。因?yàn)橐粋€(gè)匹配合適的天線是明顯的電阻，下列方程可用于確定噪聲電壓匹配輸入終端。

圖8等功率載波

如果這是一個(gè)基于廣播、ADC動(dòng)態(tài)范圍必須與其他射頻運(yùn)營(yíng)商共享。例如，如果有八個(gè)運(yùn)營(yíng)商的平等權(quán)力，每個(gè)信號(hào)應(yīng)該不大于1/8th總范圍如果峰間信號(hào)。然而，由于通常的信號(hào)與另一個(gè)階段在一個(gè)接收器（因?yàn)檫b控器不是鎖相），信號(hào)將會(huì)幾乎從不對(duì)齊。因此，遠(yuǎn)低于所需的18分貝是必需的。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)中，只有不超過(guò)2信號(hào)將在任何時(shí)間，因?yàn)樗麄兪钦{(diào)制信號(hào)，只會(huì)留給3dB頂部空間的目的。如果信號(hào)對(duì)齊，導(dǎo)致剪輯的轉(zhuǎn)換器，它將出現(xiàn)之前，只有一小部分第二超速條件清除。在一個(gè)載波廣播，不需要頭的房間。

根據(jù)調(diào)制方案，所需C/N是足夠的解調(diào)。如果計(jì)劃數(shù)字，誤比特率（BER）必須考慮如下所示。假設(shè)C/N的10dB是必需的，我們的輸入信號(hào)電平不能太小，剩下的信噪比小于10dB。因此我們的信號(hào)電平可能下跌90.1dB從目前水平。自從ADC的全面范圍+4dBm（200歐姆），然后在ADC輸入信號(hào)電平-86.1dBm。如果有25dB的增益在射頻/如果路徑，然后在天線接收機(jī)靈敏度將-86.1-25dB或-111.1dBm。如果需要更多的敏感性，然后更多的獲得可以運(yùn)行在射頻/如果階段。然而，噪聲圖不是獨(dú)立的獲得和增益的增加也可能對(duì)噪聲性能有不利影響從額外的階段。

圖14比特誤碼率與信噪比

ADC虛假信號(hào)和高頻振動(dòng)

噪聲限制的例子并不充分展示真正的限制在一個(gè)接收器。等局限性SFDR比信噪比的限制和噪音。假定模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的SFDR規(guī)范-80dBFS或-76dBm（全面=+4dBm）。還假設(shè)容許載波干擾，C/I（不同C/N）比18分貝。這意味著信號(hào)電平是-62dBFS（-80+18）或-58dBm。天線，這是-83dBm。因此，我們可以看到，SFDR（單一或多頻）之前將限制接收機(jī)性能的實(shí)際噪聲限制。

然而，一個(gè)被稱為抖動(dòng)技術(shù)可以大大提高SFDR。所示模擬裝置應(yīng)用注意AN410帶噪聲的增加可以提高SFDR噪音到地板上。雖然高頻振動(dòng)轉(zhuǎn)換器特定的數(shù)量，這項(xiàng)技術(shù)適用于所有adc只要是靜態(tài)的黑暗與性能的限制，而不是交流轉(zhuǎn)換速率等問題。AD9042記錄的應(yīng)用程序中，噪聲的量添加只有-32.5dBm或21碼rms。如下所示，故事情節(jié)前后抖動(dòng)提供洞察潛在的改進(jìn)。簡(jiǎn)而言之，猶豫不決是通過(guò)ADC中的相干雜散信號(hào)生成并隨機(jī)排列。以來(lái)馬刺必須的能量守恒，猶豫只是使他們看起來(lái)像是額外的噪音轉(zhuǎn)換器的地板上。因此，權(quán)衡了通過(guò)使用帶抖動(dòng)，可以刪除所有內(nèi)部生成的偽信號(hào)，然而，有一個(gè)輕微的沖擊在整個(gè)轉(zhuǎn)換器的信噪比實(shí)際上相當(dāng)于小于1分貝靈敏度損失相比，噪聲比SFDR有限的例子和有限的顯示。

ADC/高頻振脈動(dòng)

ADC/高頻振脈動(dòng)

兩個(gè)重要的點(diǎn)對(duì)高頻振動(dòng)之前關(guān)閉的主題。首先，在基于接收機(jī)，沒有渠道可以將相關(guān)的。如果這是真的，那么通常多個(gè)信號(hào)接收器通道將作為自我發(fā)抖。雖然這是真實(shí)的一些時(shí)間，有時(shí)額外優(yōu)柔寡斷將需要添加當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度弱。

第二，模擬前端的噪聲貢獻(xiàn)本身是不足以發(fā)抖ADC。從上面的例子中，32.5dBm的優(yōu)柔寡斷是添加到SFDR產(chǎn)生的改善。相比之下，模擬前端只提供-68dBm的噪聲功率，遠(yuǎn)離所需要提供的性能。

三階截點(diǎn)

除了轉(zhuǎn)換器SFDR，射頻部分導(dǎo)致了虛假的接收機(jī)的性能。這些熱刺是受技術(shù)，如高頻振動(dòng)影響，必須加以解決，防止干擾接收機(jī)的性能。三階截距是一個(gè)重要的衡量接收鏈內(nèi)的信號(hào)水平增加接收機(jī)的設(shè)計(jì)。

為了了解所需的性能水平的寬帶射頻組件，我們將回顧GSM規(guī)范，也許接收機(jī)應(yīng)用的要求。

GSM接收器必須能夠恢復(fù)的信號(hào)功率在-13dBm--104dBm之間。同時(shí)假定，ADC的全面是0dBm，損失通過(guò)接收機(jī)過(guò)濾器和攪拌機(jī)是12dB。同時(shí)，因?yàn)橥瑫r(shí)處理多個(gè)信號(hào)，一個(gè)AGC不應(yīng)使用。這將降低射頻靈敏度和導(dǎo)致較弱的信號(hào)。使用這些信息，射頻/如果計(jì)算獲得25dB（0=13-6-6+x）。

第三個(gè)訂單輸入攔截方面的考慮

25分貝增益要求分布如圖所示。盡管一個(gè)完整的系統(tǒng)會(huì)附加組件，這將為這個(gè)討論。從這個(gè)，全面的GSM信號(hào)-13dBm，ADC輸入0dBm。然而，隨著-104dBm的GSM信號(hào)，信號(hào)在ADC是-91dBm。從這一點(diǎn)上，上面的討論中可以用于確定適用性的ADC噪聲性能和雜散性能。

現(xiàn)在這些信號(hào)和系統(tǒng)收益要求，放大器和混頻器規(guī)范現(xiàn)在可以檢查時(shí)由-13dBm的全面的信號(hào)。解決第三訂單產(chǎn)品全面的信號(hào)：

假定總體的性能必須大于100分貝，求解這個(gè)方程的前端放大器顯示一個(gè)三階輸入放大器IIP》+37dBm。攪拌機(jī)，所獲得的信號(hào)電平10dB，和新的信號(hào)電平是3dBm。然而，由于混頻器輸出指定，這個(gè)水平是減少了至少6dB9dBm。因此，攪拌機(jī)，OIP》+41dBm。從攪拌機(jī)指定輸出。在獲得階段，信號(hào)會(huì)衰減到9dBm（一樣混頻器的輸出）。中頻放大器，IIP》+41dBm。如果滿足了這些規(guī)格，性能應(yīng)該等于

ADC時(shí)鐘抖動(dòng)

一個(gè)動(dòng)態(tài)規(guī)范，良好的無(wú)線性能是至關(guān)重要的ADC時(shí)鐘抖動(dòng)。雖然低抖動(dòng)對(duì)的基帶性能很重要，其作用是放大當(dāng)抽樣更高頻率的信號(hào)（高轉(zhuǎn)換速率）等在欠采樣應(yīng)用中被發(fā)現(xiàn)的。一個(gè)貧窮的抖動(dòng)規(guī)范的總體效果是減少信噪比作為輸入頻率增加。光圈孔徑抖動(dòng)和不確定性經(jīng)常交換文本。在這個(gè)應(yīng)用程序中，它們有相同的意思?？讖降牟淮_定性是在編碼過(guò)程中樣本變異?？讖降牟淮_定性有三個(gè)殘余影響，首先是系統(tǒng)噪聲的增加，第二個(gè)是一個(gè)不確定性的實(shí)際采樣信號(hào)本身的階段和第三傳輸干擾?？讖叫∮?的不確定性pS時(shí)需要如果抽樣以達(dá)到所需的噪聲性能。的相位精度和傳輸干擾孔徑的不確定性的