图6.X或Ku波段TRx,AD9371用作中频接收机
集成收发器IC的性能进步开启了新的可能性。AD9371集成了第二混频器、第二IF滤波和放大、可变衰减ADC以及信号链的数字滤波和抽取功能。在该架构中,AD9371(其调谐范围为300 MHz至6 GHz)可调谐到3 GHz和6 GHz之间的频率,直接接收第一IF(参见图6)。其增益为16 dB,NF为19 dB,5.5 GHz时的OIP3为40 dBm,故AD9371是非常理想的IF接收机。
集成收发器用作IF接收机,便不再需要像超外差接收机那样担心通过第二混频器的镜像,这可以大大降低第一IF带的滤波需求。不过,为了消除收发器中的二阶效应,仍然需要一定的滤波。第一IF带现在应以两倍的第一IF频率提供滤波以消除此类效应,这比滤除第二镜像和第二LO要容易得多,它可能接近数百MHz。通常,利用低成本的小型LTCC滤波器成品即可满足此类滤波要求。
这种设计还使系统具有很高的灵活性,可针对不同应用而轻松加以重复使用。灵活性的表现之一是IF频率选择。IF选择的一般经验法则是让它比经过前端滤波的目标频谱带宽高1 GHz至2 GHz。例如,若设计师需要4 GHz频谱带宽(17 GHz至21 GHz)经过前端滤波器,则IF可以位于5 GHz频率(比目标带宽4 GHz高1 GHz)。这有助于前端实现滤波。如果只需要2 GHz带宽,可以使用3 GHz的IF。此外,AD9371具有软件定义特性,很容易随时改变IF,所以特别适合需要避开阻塞信号的认知无线电应用。AD9371的带宽也可以在8 MHz至100 MHz范围内轻松调整,有利于避免目标信号附近的干扰。
高中频架构的高集成度使得最终的接收机信号链所占空间只有等效超外差架构的50%左右,同时功耗降低30%。另外,高中频架构接收机比超外差架构更为灵活。这种架构是要求小尺寸、高性能的低SWaP市场的福音。
高中频架构接收机频率规划
高中频架构的优点之一是能够调谐IF。当试图创建一个能避开干扰杂散的频率规划时,这种能力特别有用。当接收到的信号在混频器中与LO混频并产生一个非IF频段内目标信号音的m × n杂散时,就会引起干扰杂散。
混频器依据公式m × RF ± n × LO产生输出信号和杂散,其中m和n为整数。接收信号产生的m × n杂散可能落在IF频段中;某些情况下,目标信号音会引起一个特定频率的交越杂散。
例如,若观测一个设计为接收12 GHz至16 GHz信号且IF为5.1 GHz的系统,如图7所示,则引起带内杂散的m × n镜像频率可依据下式确定:
在此式中,RF为混频器输入端的RF频率,其导致一个信号音落在IF中。试举一例,假设接收机调谐到13 GHz,这意味着LO频率为18.1 GHz (5.1 GHz + 13 GHz)。将这些值代入上式,并允许m和n在0到3的范围内变动,则可得到如下RF公式:
结果如下表所示。
Table 1. M × N Spurious Table for 18.1 GHz LO
表1.18.1 GHz LO的M × N杂散表
表中的第一行(黄色亮显)显示所需的13 GHz信号,它是混频器中的1 × 1的结果。其他亮显单元显示可能有问题的带内频率,它们可能表现为带内杂散。例如,15.55 GHz信号在12 GHz到16 GHz的目标范围内。输入端一个15.55 GHz信号音与LO混频,产生一个5.1 GHz信号音(18.1 × 2–15.55 × 2 = 5.1 GHz)。其他未亮显行也可能造成问题,但由于其在带外,可以通过输入带通滤波器滤除。