Технология PCB - высокодинамический модульный преобразователь и радиочастотный прибор в цифровом приемнике радиочастот

Базовая система станций (БТС) должна удовлетворять индексным требованиям, предъявляемым к сигнальной связи, при соблюдении различных стандартов. В данной статье представлены некоторые сигнальные устройства, которые обеспечивают высокую динамическую производительность ADC и RF устройств в цифровых RF приемниках, такие как ADC, усилитель переменной усиления, миксер и локальный осциллятор, а также подробно описывается их использование на типичных базовых станциях, что может соответствовать требованиям системы базовых станций для высокой динамической производительности, высокой эффективности перехвата и низкого шума. радиочастотная абляция

Большинство цифровых приемников предъявляют высокие требования к высокопроизводительному аналогоцифровому преобразователю (ADC) и имитатору. Например, цифровой приемник сотовой базовой станции требует достаточного динамического диапазона для обработки сигналов больших помех, с тем чтобы понизить полезный уровень сигналов. 15 - разрядный аналоговый-цифровой преобразователь max1418 или 12 - разрядный аналоговый-цифровой преобразователь max1211, в сочетании с интегрированным миксером 2ггц max9993 или 900мгц max9982, может обеспечить отличные динамические характеристики для двухступенчатых ключевых цепей приемника. Кроме того, промежуточные частотные (if) цифровые регулируемые усилители gain (DVGA) max2027 и max2055 Maxim могут обеспечивать высокую выходную точку третьего порядка (OIP3) во многих системах и соответствовать диапазону регулировки gain, требуемому системой.

Max1418 ADC chip and circuit

Базовая сотовая станция (BTS: базовый приемопередатчик) состоит из нескольких различных аппаратных модулей, одним из которых является модуль трансивера (TRX), выполняющий функции приема (Rx) и передачи (TX) сигналов RF. В старых аналоговых ампах и TACs BTS Один приемопередатчик может использоваться только для обработки одного полнодуплексного RX и TX RF носителя. Для обеспечения требуемого охвата телефонной связью требуется наличие большого числа передатчиков, обеспечивающих достаточное количество носителей. Сегодня во всем мире аналоговая технология заменена CDMA и WCDMA, а GSM была принята в европе 10 лет назад. В CDMA несколько звонков используют одну и ту же частоту, так что Один приемопередатчик может обрабатывать сигналы нескольких звонков одновременно. До настоящего времени были разработаны различные схемы CDMA и GSM. Производители БТС также взяли на себя обязательство изучить методы снижения затрат и потребления энергии. Оптимизация решений для одного перевозчика или разработка многоканальных приемников являются эффективными решениями. Рис. 1 представляет собой структурную блок-схему приемника с недостаточным отбором проб, обычно используемого в оборудовании БТС.

Рисунок 1. структурная блок - схема приемника с неполной выборкой

На рисунке 1 смесители Maxim 2GHz max9993 и 900MHz max9982 могут обеспечить требуемый выигрыш и линейность для многих конструкций и имеют очень низкий уровень шума сцепки, так что пассивные смесители с высокой потерей больше не нужны. Max2027 и max2055 работают на первой и второй ступенях средней частоты приемника. OIP3 из этих двух устройств может достигать + 40dbm во всем диапазоне регулировки gain. В схеме, показанной на рисунке 1, max1418 (15 бит, 65мб) и max1211 (12 бит, 65мб) используются в качестве преобразователей данных. Кроме того, продукты преобразователя данных Maxim также имеют другие устройства с частотой выборки, которые могут соответствовать большинству проектных требований. Если второй нисходящий конвертер на рис. 1 опущен (показан в пунктирной линии), схема, показанная на рис. 1, становится однократной нисходящей структурой конвертера. Низкий уровень шума ADC: max1418.

Конструкция приемника для отбора проб, показанная на рис. 1, строго соответствует требованиям в отношении шума и искажения ADC. В приемнике полезный сигнал с низким уровнем оцифровывается самостоятельно или сопровождается бесполезными и большими амплитудными сигналами, которым необходимо уделять больше внимания. Поэтому для нормального функционирования приемника фактический коэффициент шума ADC должен рассчитываться в соответствии с экстремальными условиями этих двух сигналов (т.е. минимальным полезным сигналом и максимальным бесполезным сигналом). Для небольших аналоговых входных сигналов, термический шум и квантизация шума доминируют шумовой базы ADC, которая определяет шумовую величину (NF) ADC.

Фактически определяется эффективный коэффициент шума ADC при малых сигнальных условиях и соответственно определяется коэффициент шума каскада аналоговой цепи (RF или if). Минимальное увеличение мощности передней сценической цепи ADC должно соответствовать требованиям к коэффициенту шума приемной цепи. Как правило, прирост мощности представляет собой верхний предел максимального уровня блокировки или максимального уровня интерференции, допускаемого приемником до перегрузки ADC. В БТС, если СМЖЛ не используется, динамический диапазон ADC не может отвечать требованиям коэффициента шума цепи (чувствительность приемника) и максимальной блокировки. Схема СМЖЛ может быть включена в RF или в двухступенчатой схеме уровня или СМЖЛ.

Другие продукты серии max1418 особенно подходят для применения в baseband с feinput = fclock/2. Когда преобразователь работает в этом диапазоне частот, лучший динамический диапазон будет получен с помощью этих устройств с отличными характеристиками базовой полосы. Эти продукты включают max1419 для 65msps тактовой скорости и max1427 для 80msps тактовой скорости. Их базовая полоса SFDR (no stray dynamic range) может достигать 94,5dbc.

Таблица 1. Основные технические параметры max1418

Когда LSB не подключен, max1418 также может работать с 14 - битными интерфейсными устройствами. Таким образом, СНР будет несколько потеряна, в то время как СДР не будет затронута.

На рис. 2 показано распределение шума ADC без блокировки. В данном случае предполагается, что общий коэффициент шума каскада всех аналоговых цепей до ADC составляет 3,5 дб, а цель проектирования состоит в Том, чтобы ухудшение общего коэффициента шума, вызываемого ADC, не превышало 0,2 дб, с тем чтобы обеспечить соответствие требованиям к чувствительности базового приемника CDMA. Такое значение коэффициента шума должно оставлять достаточное пространство для воздушного интерфейса, однако конечный результат зависит от требований EB/no (соотношение битной энергии и спектральной плотности шумовой мощности) детектора последней ступени. Исходя из теплового шума + квантизационного шума субstrate max1418 в таблице 1, когда часы устройства 61,44msps (50 - х чип-скорость), его эквивалентный коэффициент шума составляет 26,9db. Благодаря управлению процессом уровень шума ADC в диапазоне CDMA 1,23мгц на 14 дб ниже, чем в широкополосной связи Nyquist. Как правило, для получения значения шума каскада в приемнике 3,7db общая прибыль должна достичь 36dB.

Figure 2. ADC noise distribution without blocking

Когда фронтальный выигрыш ADC составляет 36dB, уровень однотональной блокировки, превышающий - 30dBm на конце антенны, будет превышать диапазон ввода ADC. Cdma2000 стандарт базовой сотовой станции предусматривает, что максимальный уровень блокировки на конце антенны - 30dBm. В это время фронтальный выигрыш должен быть уменьшен на 6 дб, с тем чтобы максимальный блокирующий сигнал, который может быть добавлен в ADC, был больше в пределах допустимого диапазона. Если оставить предел в 2дб, то максимально допустимый уровень блокировки на конце антенны станет - 26dbm, а максимально допустимый входной сигнал ADC станет + 4dbm, когда передний вход снижается на 6dB (см. рис. 3). Когда происходит однотональная блокировка, стандарт сотовой связи позволяет ухудшать общую интерференцию (шум + искажение) на 3dB относительно исходной чувствительности, но как разделить 3dB между шумом и искажением остается на усмотрение дизайнера.

Предположение: в случае блокирующего сигнала прирост AGC составляет 6 дб, а конструкция позволяет RF передний каскадный шум плюс искажение уменьшить NF на 1 дб (номинальное значение - 3,5 дб). Если фронтальный выигрыш ADC составляет только 30dB, то SNR ADC определяет, что эффективный уровень шума составляет 29,4db, а уровень шума каскадного приемника в "состоянии блокировки" - 5,7db, что на 2dB ниже уровня шума 3,7db, рассчитанного в соответствии с чувствительностью приемника. Поскольку фиктивные характеристики не учитываются в этом расчете, фиктивный свободный динамический диапазон (SFDR) ADC позволяет дополнительно сократить на 1 дб. При наличии блокирующего сигнала синад может использоваться для расчета эффективного NF, а базовые значения шума и SFDR более не рассчитываются, соответственно.

Рисунок 3. реакция ADC на шум при блокировке

Max11211 позволяет нисходящую структуру преобразования

Если в верхнем сегменте, если он является более высоким, можно получить достаточное количество индексов SNR и SFDR, то в первичной нисходящей конверсионной структуре может использоваться схема отбора проб. Max11211 12 бит и 65msps конвертер разработаны с этой структурой. Его пин совместимы с готовящимися преобразователями 80msp и 95msp. Данная серия устройств может непосредственно отбирать входной сигнал, если число с частотой до 400мгц. Кроме того, он также имеет другие расширенные характеристики, такие как ввод часов может быть дифференциальный сигнал или Один терминальный сигнал, рабочий цикл часов может быть от 20% до 80%, кроме того, он также имеет данные эффективный индикатор (для упрощения часов и последовательности данных), и он принимает небольшие 40 pin QFN (6mm x 6mm x 0.8mm) пакет, двоичный дополнительный код и серый код цифровой выходной формат. В таблице 2 приведены типичные характеристики переменного тока max11211 с аналоговой входной частотой 175мгц.

Рисунок 2. MAX1211 электрические характеристики

По сравнению со структурой вторичного преобразования частоты, первичный преобразователь имеет очевидные преимущества. Количество компонентов и площади плат могут быть сокращены примерно на 10%, а стоимость может быть сэкономлена на $10 до $20 за счет устранения второй вниз преобразования миксера, второй промежуточный цикл увеличения частоты и второй LO синтезатор.

Рассмотрение вопроса о бездомных различных структурах. В случае необходимости дальнейшего сокращения количества компонентов, площади и потребления энергии, а также затрат может быть принята приведенная ниже первичная структура преобразования частоты. Предполагается, что проектный приемник CDMA2000 работает в диапазоне ПК с частотой выборки 61,44мгц, контрольной частотой синтезатора 30,72мгц и центром первой средней частоты, выбранной на 6 - й Nyquist полосе 169мгц и пропускной способностью около 1,24мгц. Для структуры DDS та же самая 169мгц первая промежуточная частота и вторая промежуточная частота центра центра частот составляют 46,08мгц второго порядка Nyquist полосы.

виртуальная дисперсия структуры систем ОСДМ и ддк

В таблице 3 приведены предполагаемые условия поиска шальных носителей рф в верхней части диапазона ПК при использовании одной несущей системы, первичного преобразования вниз (SDC) и двух структур частоты вниз (DDC). Для структуры SDC 134 гармонических компонента можно найти в частоте приема RF, получающем частоту зеркала, если диапазон частот и если диапазон частот зеркала. Большинство из этих ложных сигналов имеют более высокий порядок и не уменьшают производительность приема. Для структуры DDC поиск бездомных найдет более 2400 гармонических составляющих, что более чем в 18 раз больше, чем в структуре SDC. Эти гармоники распределены в частотном диапазоне приема RF, частотном диапазоне приема зеркала, первом уровне, если частотный диапазон, первом уровне, если частотный диапазон зеркала, втором уровне, если частотный диапазон зеркала и втором уровне, если частотный диапазон зеркала. Для шальной сигналов с высокой частотностью синхронизации часов и синтезатора, она может быть подавлена путем тщательного рассмотрения схемы платы или добавления фильтрации в дизайн. Тем не менее, трудно подавить большое количество шальных компонентов с более низким порядком.

Усилитель Maxim's IF: max2027 & max2055

Максим также обеспечивает цифровую управляемость 1дб на сцену и высокую производительность при усилителе. Max2027 — цифровой усилитель управления (DVGA). Он использует однократный режим ввода/вывода, который может работать в диапазоне частот от 50мгц до 400мгц, а его максимальный коэффициент усиления шума составляет всего 5 дб. Max2055 — DVGA с однократным входом/дифференциальным выходом, который может приводить к высокой производительности ADC в диапазоне частот от 30мгц до 300мгц. Между дифференциальной мощностью макс. 2055 и дифференциальной мощностью ADC может использоваться усиливающий трансформатор. Трансформатор обеспечивает дифференциальный привод, что способствует сбалансированности выходных сигналов. Оба DVGA работают с 5V-смещением и имеют OIP3 +40dbm во всем диапазоне настроек gain. Более подробную информацию вы найдете на сайте maxim (china.maximantegraded.com). Линейный миксер Maxim: max9993 & max9982.

В приемной цепи миксер часто имеет больший входной сигнал, который имеет более строгие требования к производительности. В идеальном состоянии амплитуда и фаза выходного сигнала миксера пропорциональны амплитуде и фазе входного сигнала, и пропорциональное соотношение не связано с сигналом LO. Согласно этому предположению, амплитудный ответ миксера является линейным с входом RF и не зависит от входного сигнала Lo.

Однако нелинейность миксера вызывает нежелательные сигналы смешивания, называемые фиктивным ответом, которые являются реакцией IF диапазона, генерируемого сигналами, поступающими в RF порт миксера и не ожидающими появления. Бесполезный шальный сигнал будет мешать работе полезного RF сигнала. Если частота смесителя может быть определена по следующей формуле:

If = ± MFRF ± nflo, If, RF и lo-частоты сигналов их соответствующих портов, а m и N-гармонические порядки после смешивания RF и lo сигналов.

Интегрированные (или активные) сбалансированные смесители (такие как max9993 и max9982) привлекают внимание, поскольку их производительность превосходит пассивные схемы смешивания. Когда чётное число m или n, сбалансированный смеситель может подавлять некоторые рассеянные реакции, а вторая гармоника работает лучше. Идеальный двойной сбалансированный смеситель может подавлять все реакции четного числа M или n (или обоих). В двухбалансном смесителе порты if, RF и lo изолированы друг от друга. Используя неуравновешенные трансформаторы разумной конструкции, смесители могут перекрываться в диапазонах средней частоты, радиочастот и собственных колебаний. Функции Max9993 и max9982 включают в себя: низкий коэффициент шума, буфер LO, низкий привод LO, переключатель LO, который позволяет два ввода LO, отличные характеристики LO - шума и т. Д. Кроме того, неравновесные трансформаторы RF также интегрированы в порты RF и LO.

Эти смесители Maxim встроены в низкошумные буферы с отличными низкошумными характеристиками, что снижает требования к низкошумным источникам питания. Как правило, сочетание низкого шума и входных блокирующих сигналов с высоким уровнем снижает чувствительность к приему. Max9993 и max9982 содержат низкошумные буферы Lo, которые уменьшают влияние на чувствительность к приему в случае блокировки. Например, если предположить, что шум в пограничной полосе входного сигнала VCO составляет - 145 Дб / Гц, то типичная характеристика шума Lo для max9993 составляет - 164 Дб / Гц, что снижает шум в композитной боковой полосе только на 0,05 Дб / Гц до - 144,95 Дб / Гц. Таким образом, пользователь не только обеспечивает низкоуровневый сигнал Lo для смесителя, Также гарантируется, что гибридные свойства приемника не уменьшатся из - за производительности встроенного буфера LO в max9993.

Кроме того, существует сложная реакция рассеяния второго порядка, также известная как реакция рассеяния полуif (1 / 2 if). Для инъекций низкого уровня последовательность смесителей: M = 2, n = 2; Для высокопроизводительного впрыска смеситель имеет порядок: M = - 2, n = 2. Когда низкая инъекция низкая, паразитный ответ ниже требуемой частоты RF, это приводит к половине входной частоты (рис. 4). Требуемая частота радиочастот составляет 1909 мГц и 1740 мГц, а средняя частота - 169 МГц. Хотя пропускная способность CDMA RF и if составляет 1,24 мГц, здесь она представлена как одночастотный сигнал с центральной несущей частотой. В этом примере бесполезные сигналы на частоте 1824,5 мГц приводят к дисперсии полусредних частот на частоте 169 МГц:

Итак, мы можем получить:

2x1824.5MHz - 2 x 1740MHz = 169MHz

Figure 4. Location of useful FRF, Flo, FIF and useless fhalf if frequencies

Согласно второму конечному пункту IP2 микшера, можно предсказать общее подавление (известное также как реакция на рассеяние 2x2). На рисунке 5 показаны 2x2 IMR или псевдоним (данные Maxim max9993). Примечание: уровень сигнала на диаграмме основан на входе смесителя, рассчитанного на основе входных характеристик IP2 (IP2). конкретная формула вычисления:

так как активный фильтр Maxim max9982 900MHz предоставляет типичную гибридную реакцию 2rf - 2lo на 65dbc, его IIP2 рассчитан следующим образом:

Figure 5. Calculate the second cut-off point of the mixer input signal, IIP2

Когда требования к усилению приемника невелики, 15 - битный ADC Max1418 обладает отличными шумовыми свойствами, поэтому он может выдерживать большой уровень блокировки или помех с минимальным AGC. Серия ADC Max1211 предназначена для первичных преобразовательных приемных структур с частотой ввода первой промежуточной частоты до 400 МГц. Кроме того, смесители Max9993 и max9982 обеспечивают необходимую линейность, низкий коэффициент шума и высокий коэффициент усиления мощности, поэтому пассивный фильтр может быть опущен при проектировании приемника. В общем диапазоне регулируемого усиления типичное значение OIP3 для максимального 2027 и максимального 2055 DVGA составляет около + 40 dbm. Приемники, состоящие из этих компонентов, могут повысить производительность недорогих решений до более высокого уровня. В этой статье описаны некоторые высокодинамические устройства связи ADC и радиочастотных устройств в цифровых радиочастотных приемниках, и если у вас есть какие - либо проблемы, вы можете общаться с iPCB. радиочастотная абляция