基于合成器的IF调谐无线接收机的实现

　　前言

　　为了提高现代无线设备的灵敏度和可选择性，需要尽可能地减小相位噪声和参考杂散，并缩短锁定时间。本文中所述电路可以改善本振(LO)的所有这些性能。

　　相位噪声是对LO信号的纯度的一种量度。相位噪声是载波功率相对于给定的频率偏移处(频率合成器通常定义1kHz 频率偏移)1-Hz的带宽上的功率。其计算结果以dBc/Hz为单位表示。

　　由于频率合成器内部的开关切换，输出信号中会出现杂散(spurs)。在整数N分频的合成器中，它们一般是由于鉴相器(PFD)的工作频率点上的信号分量所引起的;在小数N分频中，它们是由合成器本身架构的特点所造成的。在整数N分频锁相环(PLL)中，它们被称为参考杂散(reference spurs)。

　　锁定时间是指输出从一个频率切换到另一个频率所需要花费的时间——这对于许多系统来说是一个重要的指标。一般说来，当输出稳定到所期望的最终频率附近、差异在某一百分比[或者以百万分之一(ppm)衡量]之内，或是相位锁定在所需要相位度数的附近，此时我们说，输出被切换到或者锁定到新的频率上了。

　　传统的接收机实现方式

　　图1所示的是最通用的的接收机架构的功能框图(超外差接收机)。这里所示出的系统是满足DCS1800移动电话标准接收机的典型结构。在该标准中，接收(Rx)频段是1805MHz～1880MHz。

　　图1中，RF输入信号先流经一个RF滤波器，接下来再经过一个低噪声放大器(LNA)。随后，信号在混频器中与一个可调谐的LO输入进行混频，变换到中频段(IF)。混频后的信号接受进一步的滤波，在通过一个最终的混频器，与一个固定频率的LO信号混频，从固定的IF频段下变频到基带信号频段上。

　　可调谐的RF LO信号是利用一路干净和稳定的参考频率信号来生成的，该基准信号输入至ADF4106 PLL合成器和一个压控振荡器(VCO)中后最终形成LO信号。参考频率信号可以由温补晶振(TCXO)、压控晶体振荡器(VCXO)或者恒温晶体振荡器(OCXO)来产生。 在整数N分频系统中，PLL合成器的R分频器将该参考信号变换成为一个频率等于信道间隔的信号——或者，在小数N分频系统中，将信号频率变换成信道间隔的倍数。PFD则对环路输出FVCO除以N后的结果与R分频器的输出进行比较，然后，环路驱动VCO，使得FVCO = FPFD × N，以使PFD输出归零。可以通过改变N来改变LO输出频率，从而对无线电路进行调谐。

　　LO的相位噪声取决于多方面的因素：参考信号噪声、合成器中的噪声(R分频、N分频、PFD和电荷泵)，N值，以及PFD的工作频率。

　　LO的相位噪声(dB)可以用如下的公式来表示：

　　式中

　　PNSYNTH是合成器对相位噪声的贡献(在数据手册中给出，单位是dB)

　　20 logN是合成器中的N值所带来的附加噪声

　　10 logFPFD是合成器的PFD频率所产生的噪声分量

　　*欲获得更多详情，请参阅“Design a Direct 6-GHz Local Oscillator with a New， Wideband， Integer-N， PLL Synthesizer”(Analog Dialogue， Volume 35， No. 6， November-December， 2001)

　　参考杂散取决于如下因素：PFD设计，PFD电路中电荷泵的漏电，PLL环路带宽，VCO灵敏度。锁定时间取决于PFD频率和PLL环路带宽。

　　在接收机中， 如果IF选定为230MHz，经过调谐的RF信号将在2035～2110MHz范围内变化(使用高端注入)，步进为200kHz。如果使用整数N分频架构来实现的话，则需要使用200kHz的PFD频率，而N值将从10175(2035MHz)变化为10550(2110MHz)。

　　在商业应用系统中所期望的带内相位噪声为-85.6 dBc/Hz，采用适合的锁相环，如ADF4106，系统的典型基准寄生为-88dBc @ 200kHz和-90dBc @ 400kHz。

　　图1 传统的超外差接收机的系统框图

　　如果环路带宽选取为20kHz，则相位差小于10度时对应典型的锁定时间将为250µs。