移動無線電用于公共安全和緊急服務(wù) - 例如警察，消防和救護車 - 以及私人服務(wù)，例如車隊管理。為了提供增強的服務(wù)，以及更高的頻譜效率和覆蓋范圍，這些無線電的設(shè)計越來越多地從傳統(tǒng)的基于模擬的調(diào)制方案（如FM和PM）轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字調(diào)制方法。

這些無線電的接收器必須能夠在存在大干擾信號的情況下準確地數(shù)字化低電平高頻信號。在使用某些窄帶移動標準的無線電中，干擾信號可比所需信道大70 dB，頻率偏移小至25 kHz。由于這些系統(tǒng)通常不是蜂窩式的，因此移動無線電的地理覆蓋范圍也是一個重要特征 - 它們必須具有出色的靈敏度，以恢復源自覆蓋范圍邊緣的用戶的低電平信號。作為進一步的復雜性，這些無線電通常是便攜式的，具有高使用率;他們要求使用體積更小，壽命更長的電池來降低功耗。

為了幫助設(shè)備設(shè)計人員，ADI公司推出了AD9870 IF數(shù)字化子系統(tǒng)，這是一款專為滿足移動無線電和類似設(shè)備的苛刻要求而設(shè)計的IC采用模擬和/或數(shù)字調(diào)制方案的超外差架構(gòu)的窄帶無線電應(yīng)用。 AD9870集成了整個IF條帶，外部元件極少。它可以接受頻率高達300 MHz的IF信號，帶寬高達150 kHz，并提供包含16位I和Q數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)輸出，然后可以使用主機處理器進行解調(diào)。 AD9870適用于基站和用戶單元，將基站所需的動態(tài)范圍與便攜式無線電所需的低功耗相結(jié)合。

所有接收器的主要問題是動態(tài)范圍

接收器的動態(tài)范圍決定了它在存在較大信號時恢復低電平信號的能力，稱為阻斷器和干擾源。圖1顯示了可以降低任何無線電接收器有效動態(tài)范圍的各種信號源。

假設(shè)當前頻譜中存在的唯一信號是“小目標信號”。最小可檢測信號或靈敏度將由信號帶寬（B），接收器的檢測閾值（SNRMIN），接收器的噪聲系數(shù)（NF）決定。 ）和固有的熱噪聲限制（kTB）。在290 K的溫度下，可以使用以下等式估算靈敏度：

靈敏度=SNRMIN+ 10log（B）+NF+（ - 174 dBm / Hz）

以下是一些潛在的噪聲源：

如果在下變頻之前對目標信號應(yīng)用的增益不足，則低頻1 / f噪聲成為一個問題低于工藝技術(shù)1 / f角落的頻率。由偏移和二階失真引起的直流分量也可能存在問題。

大型干擾源的能量可以通過接收器LO的相位噪聲在很寬的頻率范圍內(nèi)擴展，通過稱為“互惠混合”的過程。干擾信號越大，它越接近目標信號，目標信號越有可能被這種噪聲傳遞機制破壞。此外，如果此干擾源足夠大以在接收器的前端電路中引起非線性，則雜散分量可能會混合回目標信號的通帶。 “半中頻”問題是困擾二階線性度較差的接收機的特殊情況，其中在LO和目標信號之間的中間干擾產(chǎn)生二階分量，其與LO的二次諧波混合以產(chǎn)生刺激落在目標信號上。接收器的IIP2規(guī)范允許接收器設(shè)計者量化“半中頻”雜散。干擾水平，PIN與產(chǎn)生的二階雜散之間的差異或Δ是IIP2-PIN。由于IIP2為45 dBm，AD9870幾乎不受這種“半中頻”問題的影響。

來自目標信號的等間隔頻率偏移（即f0+Δ和f0+2Δ）的兩個大干擾通過互調(diào)過程導致雜散成分落在目標信號之上。在這種情況下，接收器的線性度在其IIP3規(guī)范中被捕獲，較高的數(shù)字表示對三階互調(diào)的較高容差。兩個相等干擾源PIN之間的差值或Δ，以及得到的三階互調(diào)分量，是2×（IIP3-PIN）。 AD9870具有-1 dBm的可觀IIP3，因此可以在降低接收器靈敏度之前容忍高達-45 dBm的干擾。

超外差架構(gòu)

應(yīng)對大干擾，否則降低接收機恢復目標低電平信號的能力，超外差架構(gòu)用于將RF信號轉(zhuǎn)換為一個或多個中頻（IF），其中相鄰干擾信號的濾波以及相鄰干擾信號的放大和增益控制。目標信號更實用。超外差方案自第一次世界大戰(zhàn)以來一直在使用，直到今天仍是最受歡迎的無線電接收機架構(gòu)。采用這種架構(gòu)的通用版本，在窄帶數(shù)字接收器中很常見，如圖2中的信號鏈所示。

在RF到IF下變頻之前，頻段選擇濾波器（雙工器）和/或鏡像抑制濾波器選擇目標信號在其中工作的整個RF頻帶。低噪聲放大器（LNA）在降頻轉(zhuǎn)換之前提供預期RF頻段的放大，對于確定接收機的靈敏度至關(guān)重要。 RF混頻器之后的下變頻IF頻譜通常包含除目標信號之外的不同強度的信號陣列。信道選擇和放大發(fā)生在IF：通過一個或多個晶體或SAW型無源濾波器從其他信號中選擇目標信號。在濾波之后，目標信號經(jīng)歷進一步放大，其信號強度通過AGC環(huán)路穩(wěn)定在預設(shè)水平，以優(yōu)化正交解調(diào)過程。在許多數(shù)字接收機中，IF模擬正交調(diào)制器將IF信號分離為其正交基帶I和Q分量，然后由雙ADC進行數(shù)字化。在這種情況下，解調(diào)信號的調(diào)制精度對于正交調(diào)制器和雙ADC中的模擬失調(diào)，正交LO失配和I / Q增益失配非常敏感。

AD9870架構(gòu)

AD9870 IF數(shù)字化子系統(tǒng)通過集成大部分IF，基帶和一些數(shù)字后處理功能模塊，降低了典型超外差接收器的復雜性，如圖3所示。 / p>

AD9870與典型的超外差架構(gòu)不同之處在于采用寬動態(tài)范圍帶通Σ-ΔADC來采樣第二IF信號以及任何相鄰信號干擾。目標IF信號的解調(diào)以數(shù)字精度和穩(wěn)定性進行，而附近的干擾源可以通過數(shù)字濾波得到抑制。

圖4顯示了AD9870的功能框圖。與超外差結(jié)構(gòu)的RF部分類似地起作用，使用LNA和混頻器將以第一中頻的中心頻率的目標信號放大和下變頻到適合于數(shù)字化的較低的第二IF。帶通ADC。

LNA和混頻器提供大約10.5 dB的增益，同時保留系統(tǒng)動態(tài)范圍，輸入噪聲系數(shù)為9 dB，三階截距為0 dBm。高輸入阻抗（360歐姆）簡化了與晶體或SAW濾波器的接口。片上LO PLL合成器可與外部環(huán)路濾波器和VCO結(jié)合使用，以產(chǎn)生可調(diào)LO頻率。

第二中頻信號正好以1為中心/ 8帶通ADC采樣率（即IF2=?CLK/ 8）允許簡單的?s < / sub> / 8數(shù)字正交解調(diào)方案。在向下轉(zhuǎn)換到第二個IF時，信號由可調(diào)（可編程）有源三階抗混疊濾波器（AAF）處理，以抑制可能的信號出現(xiàn)在采樣ADC的別名帶內(nèi)（即N×?CLK/ 8±?CLK/ 8.AAF調(diào)諧電路可以支持ADC采樣率介于13和18 MHz之間，通常將3 dB截止頻率設(shè)置并調(diào)整為略高于第2 IF（即，?-3dB =?CLK/3.2）。

在AAF中嵌入一個可變增益放大器（VGA），可提供高達26 dB的增益范圍（圖5）。增益可以擴展AD9870的動態(tài)范圍，可以直接編程或通過自動增益控制（AGC）環(huán)路控制。通常在強信號條件下調(diào)用AGC環(huán)路，以防止A /的“過載”或削波通過在ADC輸入端保持可編程固定信號電平來實現(xiàn)D轉(zhuǎn)換器.AD9870實現(xiàn)了AGC的樂趣采用高效混合方法，如圖5所示：模擬和數(shù)字域在信號估計和控制中協(xié)同工作。

在強目標信號或干擾信號落入第一級20抽取數(shù)字濾波器的帶寬內(nèi)的情況下，數(shù)字估計信號并與編程參考電平（AGCR）進行比較。兩個電平之間的差異被饋送到數(shù)字積分器，數(shù)字積分器更新控制DAC以調(diào)整VGA的模擬電壓。由于無法準確估計落在第一級數(shù)字濾波器通帶之外的強干擾信號，因此基于簡單差分比較器的模擬環(huán)路監(jiān)視ADC的輸入，并在任何超量程條件下控制環(huán)路，以減少VGA增益。

外部電容用于平滑DAC的轉(zhuǎn)換，其時間常數(shù)由其電容和DAC的內(nèi)部源電阻確定。 R-C截止頻率通常設(shè)置在控制系統(tǒng)的環(huán)路帶寬之外，以確保對環(huán)路動態(tài)的連續(xù)數(shù)字控制。控制環(huán)路帶寬可進行數(shù)字編程，可在很寬的范圍內(nèi)改變攻擊和衰減時間，并能夠?qū)θ魏芜^載情況作出反應(yīng)。

包含VGA的任何窄帶接收器信號鏈的瞬時動態(tài)范圍取決于VGA的特定增益設(shè)置，因為信號路徑中每個級所貢獻的噪聲與“整體”輸入?yún)⒖荚肼暤谋嚷孰S著前一級的增益的增加而減小。這意味著由其噪聲系數(shù)NF描述的輸入噪聲通常由前幾個階段（即LNA和混頻器）控制，并且信號鏈末端的噪聲源（即ADC）對系統(tǒng)的影響最小。 NF，提供這些塊之間有足夠的增益。

對于AD9870，VGA的增益在25 dB范圍內(nèi)名義上可調(diào)。圖6顯示了AD9870的噪聲系數(shù)如何受VGA增益設(shè)置的影響，因為目標信號（或干擾源）的輸入功率從-85 dBm增加到-23 dBm。在小信號條件下，VGA設(shè)置為最大增益; AD9870的噪聲系數(shù)由LNA /混頻器以及VGA的輸入噪聲設(shè)置。但是，隨著信號功率的增加，它會達到一個點（取決于AGC參考電平），VGA的增益開始下降，以防止ADC削波。此時，隨著信號功率的進一步增加，VGA增益降低，dB為dB。此外，在該區(qū)域中，ADC的輸入信號電平保持恒定，ADC的噪聲開始占主導地位，因此系統(tǒng)的NF也以每dB 1 dB的速率降低。隨著信號功率持續(xù)增加，達到一個點（即-26 dBm），在該點處VGA的增益被設(shè)置為其絕對最小值，并且在ADC輸入處看到信號電平的進一步增加，直到發(fā)生削波（即， -24 dBm）。

AD9870的“核心” - 使得低二次IF數(shù)字化方法在用于需要高動態(tài)范圍和最小功耗的無線電系統(tǒng)的IC中可行且實用 - 是帶通Σ-ΔADC（圖7）。該ADC與后端數(shù)字抽取濾波器一起，在10 kHz帶寬內(nèi)實現(xiàn)了近14.5-ENOB性能，同時采樣中心頻率高達2.25 MHz的信號。它實現(xiàn)了這些規(guī)格，同時從3.0 V電源僅消耗13 mA。

sigma-delta ADC基于4階開關(guān)電容，多位調(diào)制器組成兩個級聯(lián)諧振器在噪聲傳遞函數(shù)（NTF）中提供兩對復零，落在?CLK/ 8附近。這些復數(shù)零點在第二IF頻率處的位置以及多位反饋路徑有助于確保在較窄區(qū)域內(nèi)的低本底噪聲（±sub / 8）圍繞第二IF頻率。

來自ADC的數(shù)字輸出數(shù)據(jù)被送入AD9870的數(shù)字信號處理部分（圖8）。本節(jié)包含一個?CLK/ 8復數(shù)（或正交）解調(diào)器，后面是三個線性相位FIR濾波器。復合解調(diào)器在濾波之前將以CLK/ 8為中心的目標2nd-IF信號分離為其I / Q分量。

復合解調(diào)器的輸出頻譜包括目標信號，現(xiàn)在以“dc”為中心，以及在模擬域中未充分濾除的任何不需要的干擾和/或噪聲。一系列抽取濾波器可以去除這些不需要的組件，同時根據(jù)目標信道的帶寬降低數(shù)據(jù)速率。取決于調(diào)制方案，復數(shù)據(jù)速率（因此抽取因子）被設(shè)置為比信道帶寬大至少兩倍，以允許進一步的后處理。 DEC1和DEC2都使用級聯(lián)的4階梳狀濾波器拓撲; DEC2的抽取系數(shù)是用戶可編程的，以適應(yīng)不同的信道帶寬。 DEC3是一個抽空3的FIR濾波器;它設(shè)置了復合濾波器的近端過渡帶特性。 DEC3的16位I-and-Q輸出饋入同步串行接口（SSI）功能，該功能將數(shù)據(jù)格式化為串行比特流并嵌入其他可選信息，如AGC，信號強度和同步 - 進入比特流。

可用性

AD9870于2001年冬季上市。它采用48引腳LQFP封裝，單價為16.96美元，單位為1,000片。 AD9870數(shù)據(jù)手冊可在ADI公司網(wǎng)站上找到。還提供評估板和相關(guān)軟件。

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