淺析：采用PLL技術(shù)的接收機射頻前端的設(shè)計方案

射頻前端模塊性能關(guān)系到整個接收機的性能。本文通過對接收機進行研究，分析了超外差接收機的特點，提出了一種采用PLL技術(shù)的接收機的射頻前端方案，及對射頻前端的關(guān)鍵技術(shù)指標進行了分析。并通過軟硬件平臺進行驗證，實測本地振蕩信號和接收機解調(diào)信號進行對比后表明系統(tǒng)指標達到要求。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，對其它移動通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著非常重要的參考價值。

1、引言

現(xiàn)代無線通信始于19世紀末的無線電通信，在20世紀初到70年代，無線電通信技術(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。無線通信讓人們實現(xiàn)了地球距離甚至是星球距離的通信，無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)進步為基礎(chǔ)的無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，也向人們昭示--以無限制自由通信為特征的個人通信時代是人類通信的未來［1］。

如何實現(xiàn)低成本、高性能的無線射頻接收機終端是一項具有挑戰(zhàn)意義的工作，無線射頻接收機終端的設(shè)計對其它移動通信終端（如GSM、CDMA）的研究有著非常重要的參考價值［2］。它要求現(xiàn)在無線通信射頻接收機在保證極高的靈敏度的前提下，盡可能的提高接收機的線性度，使信號失真最小，誤碼率最低，盡可能的展寬接收機的動態(tài)范圍，使接收機的適應(yīng)性更大，抗干擾能力更強。

2、接收機總體功能描述

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

圖1、超外差接收機結(jié)構(gòu)

接受到的信號在第一次下變頻模塊之前使用一個外部鏡像干擾抑制濾波器，可以使鏡像干擾大大削弱，達到一個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，使得同相的和正交的兩路信號在數(shù)字處理部分變得容易，在本設(shè)計中通過解調(diào)器將信號還原成I/Q 兩路基帶信號，并采用運算放大器進行放大輸出。最后得到的信號可以送入ADC 中采樣，經(jīng)后級的DSP 處理恢復(fù)出原始信號。

在超外差式接收機中，第一次混頻前的高頻放大器必須是低噪聲放大器，因為變頻器的噪聲系數(shù)一般都比較大，而RF 帶通濾波器和鏡頻抑制濾波器是無源濾波器，有一定的損耗，按多級線性系統(tǒng)級聯(lián)的噪聲公式：

（1）得知，如果沒有低噪聲放大器，則整個系統(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整個系統(tǒng)的影響，從而對提高靈敏度有利。

超外差體系結(jié)構(gòu)通過適當?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，被認為是最可靠的接收機拓撲結(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)計采用超外差式結(jié)構(gòu)的接收機，主要是因為中頻信號比載頻低很多，在中頻段實現(xiàn)對有用信道的選擇要比在載頻段實現(xiàn)信道的選擇容易很多，對濾波器Q 值的要求低很多。另外，采用超外差接收機方案，將接收機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、接收機關(guān)鍵部分的設(shè)計

3.1、接收機前端放大及混頻電路的實現(xiàn)

本部分我們需要進行以下設(shè)計：

（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)截點及低的功耗［4］。

（2）混頻器應(yīng)有高的三階互調(diào)截點及低的噪聲。對本振信號的泄露抑制要好。

（3）好的靈敏度和高的動態(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前端的主要部分。首先，位于接收機的最前端，就要求它的噪聲越小越好。為了抑制后面各級噪聲對系統(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小信號線性放大器。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dB，在2GHz 內(nèi)小于0.5dB。

實測電路中LNA 的增益為18dB，噪聲系數(shù)估算出小于1dB。

超外差接收機需要外接鏡頻抑制濾波器來濾除鏡像頻率干擾，因為鏡像頻率無法在中頻濾波器中被濾掉，如果鏡像干擾被混頻后進入到帶內(nèi)，對有用信號的影響是非常大的，所以在本設(shè)計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。

第一次下變頻，采用性能指標穩(wěn)定的SYM-25DHW 混頻器，其插入損耗為9dB，三階交調(diào)為30dBm?；祛l后采用的是高性能的SAW 濾波器，其具有體積小、抗電磁干擾性能好、頻率選擇性、溫度穩(wěn)定性能良好等突出優(yōu)點。