接收器IC混合式混頻器、頻率合成器和IF放大器

　　無線基站曾經(jīng)封裝在采用氣候控制技術(shù)的大型空間中，但現(xiàn)在卻可以裝在任意地方。隨著無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商試圖實(shí)現(xiàn)全域信號(hào)覆蓋，基站組件提供商面臨壓力，需要在更小的封裝中提供更多的功能。

　　來自ADI公司的一對集成電路(IC)提供了一種解決方案，重新界定了接收器前端混頻器的意義。實(shí)際上，該IC在混頻器IC內(nèi)部集成了曾經(jīng)附加于接收器內(nèi)混頻器的許多組件，比如，本振(LO)和中頻(IF)放大器。利用這些IC，可以大幅減少蜂窩基站的大小，同時(shí)還能帶來軟件定義無線電(SDR)的靈活性，從而應(yīng)對多種不同的無線標(biāo)準(zhǔn)。

　　這里涉及的IC的型號(hào)是ADRF6612和ADRF6614，根據(jù)設(shè)計(jì)二者支持的RF范圍為700 Mhz至3000 MHz，LO范圍為200 Mhz至2700 MHz，IF范圍為40 Mhz至500 MHz。它們支持低端或高端LO注入，包括一個(gè)板載鎖相環(huán)(PLL)和多個(gè)低噪聲電壓控制振蕩器(VCO)，全部封裝在7 mm × 7 mm 48引腳的LFCSP外殼中。超高的集成度和組件密度，加上多樣性和可編程能力，可以支持多種不同的無線標(biāo)準(zhǔn)，完全滿足現(xiàn)代微蜂窩的小批量生產(chǎn)需求。

　　為了更好地理解這些高度集成的混頻器IC在節(jié)省空間方面的優(yōu)勢，不妨回憶一下2010年左右時(shí)的蜂窩基站的前端，如圖1所示。雙混頻器架構(gòu)的帶寬范圍約為1 Ghz，需要多個(gè)組件來處理當(dāng)時(shí)的蜂窩頻率范圍，即800 MHz至1900 MHz。頻率合成由一個(gè)獨(dú)立的PLL和窄帶VCO模塊提供，需要用一個(gè)特有的PLL環(huán)路濾波器才能實(shí)現(xiàn)最佳性能。每個(gè)目標(biāo)頻段均采用專門的VCO模塊，結(jié)果增加了基站內(nèi)需要的電路板面積。

　　另外，這些分立式組件是通過低阻抗傳輸線路相互連接起來的，結(jié)果會(huì)增加信號(hào)損失。結(jié)果，需要很大的電流把VCO輸出驅(qū)動(dòng)到足夠的電平，以便混頻器能在信號(hào)阻塞條件下產(chǎn)生低相位噪聲和噪聲系數(shù)。

　　集成VCO的接收器IC并非新事物。但要實(shí)現(xiàn)多載波要求的寬帶寬和低相位噪聲，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(MC-GSM)無線網(wǎng)絡(luò)一直是個(gè)挑戰(zhàn)。GSM的信道復(fù)用方案要求接收LO具有極低的相位噪聲，尤其是在相間通道失調(diào)頻率為800 kHz的情況下，如圖2所示。如果這些相間通道的多余相位噪聲與同樣處于800 kHz失調(diào)條件下的無用信號(hào)相混合，則可能使相位噪聲轉(zhuǎn)換成IF輸出，從而降低系統(tǒng)的靈敏度。

圖1.框圖所示為2010左右時(shí)的典型蜂窩基站

圖2.信道復(fù)用方案要求在GSM無線系統(tǒng)中采用低相位噪聲的寬帶寬VCO，避免因阻塞導(dǎo)致性能下降

　　低VCO相位噪聲通常是通過高質(zhì)量因數(shù)(高Q)諧振器和窄帶設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的。頻分也能降低噪聲。通過使VCO工作于接收器LO頻率的整數(shù)倍，隨后進(jìn)行的分頻即可使相位噪聲降低一個(gè)6 dB/倍頻程，如圖3所示。GSM在1800 Mhz至1900 Mhz頻段內(nèi)的相位噪聲要求極高，其嚴(yán)重程度大約相當(dāng)于800 Mhz至900 Mhz頻段內(nèi)相位噪聲的兩倍。

圖3.該VCO電路配置可實(shí)現(xiàn)倍頻程帶寬

　　在低相位噪聲以外，現(xiàn)代基站接收器設(shè)計(jì)必須支持無線通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前使用的多種調(diào)制方案。除GSM以外，其他調(diào)制方案包括寬帶碼分多址(WCDMA)和長期演進(jìn)(LTE)系統(tǒng)。接收器設(shè)計(jì)通常包括若干不同的VCO，其相位噪聲性能配置為中等水平，通過組合的方式滿足基站倍頻程帶寬需求。