LINEAR__高性能RF單元式部件簡化了基站收發(fā)器的系統(tǒng)設(shè)計_圖文

1、 高性能RF 單元式部件簡化了基站收發(fā)器系統(tǒng)設(shè)計演講者:鄒閩中mzou凌特公司(Linear Technology Corporation2004 年7月28 日上午10 時至12 時在線座談會 概要傳統(tǒng)超外差接收器的概述基站接收器系統(tǒng)設(shè)計凌特公司的高性能接收器解決方案接收器鏈路分析基站發(fā)送器系統(tǒng)設(shè)計凌特的高性能上變頻混頻器高線性度混頻器在功率放大器(PA 線性化中的應(yīng)用 第一部分接收器系統(tǒng)設(shè)計傳統(tǒng)的超外差接收器2nd LO1stLOPre-selectorAGCBB LPFLPFADCLNAVGA00900ADCI/Q DemodImage RejectChannel SelectMIXER

2、8-bit8-bitIF BPFRF BPFRF BPF采用一個“混頻器”把RF 通帶之內(nèi)的任何RF 載頻轉(zhuǎn)換為一個固定的中頻(IF允許采用諸如SAW 濾波器這樣頻率較低、選通性非常好的IF 濾波器需要采用預(yù)選器來抑制不想得到的寄生響應(yīng)f IF = | f RF f LO |傳統(tǒng)接收器的頻率分配LORF 頻譜RFIFImageHalf IF SpurRF 預(yù)選濾波器響應(yīng)小于2xIFIF 頻譜IFImage Channel0 Hz Desired Channel下變頻IF 通道選擇濾波器響應(yīng)IF0 Hz-IFIF0 Hz -IF 經(jīng)過IF 濾波器之后的IF 頻譜-IFIF0 Hz-IF經(jīng)過IF

3、VGA 之后的IF 頻譜IF 解調(diào)RF 頻譜LORF SignalHalf-IFIF SignalIF下變頻實例2IF 2IF 1780MHz LO140MHz IF1920MHz RF 1850MHz 1920MHz期望得到的1920MHz 不期望得到的半IF 1850MHz LORF 頻譜優(yōu)良的二階失真性能(IIP2將放寬對RF 預(yù)選器的要求。RF 預(yù)選濾波器響應(yīng)1850MHz Half-IF半IF 失真或2x 2 失真IF 頻譜二階互調(diào)產(chǎn)品想要的: 1920-1780 = 140MHz2RF-2LO: 2(18502(1780 =140MHz采用數(shù)字IF 的高性能接收器LOPre-sel

4、ectorIF BPFAGCADCLNAVGAImage RejectAnti-AliasingMIXER14-bitRF BPF高性能數(shù)字接收器的一些特性:IF BPF 起抗混淆濾波器的作用;通道選擇主要在DSP 中完成;可輕松進行通道選擇以及具有很多數(shù)字信號處理的好處(多模式、均衡等等IF VGA 對峰值信號(包括干擾信號進行增益控制;需要具有低增益控制范圍的高線性度VGA需要用于高動態(tài)范圍的12位或14位高速ADCRF BPFDSP高性能接收器的頻率分配LORF 頻譜RFIFImageHalf IFSpurRF 預(yù)選濾波器響應(yīng)小于2xIFIF 頻譜IFImage Channel0 HzD

5、esired Channel下變頻IF 抗混淆濾波器響應(yīng)IF0 Hz-IFIF0 Hz -IF 經(jīng)過IF 濾波器之后的IF 頻譜數(shù)字IF I/Q 解調(diào)和信號處理-IF IF0 Hz-IF經(jīng)過IF VGA 之后的IF 頻譜LT5522 高信號電平下變頻混頻器RF 輸入頻率=900MHz1900MHz轉(zhuǎn)換增益-0.50 dB IIP3 2521.5 dBmIIP243 dBmSSB 噪聲系數(shù)12.513.9 dB RF 輸入P1dB 10.8 8 dBm LO-RF 漏泄-50 -50 dBm LO-IF 漏泄-60 -55 dBmLO 驅(qū)動電平-5 dBm 電源電流 5 mA 電源電壓5V為下變

6、頻應(yīng)用進行了優(yōu)化單端LO 驅(qū)動,50匹配單端RF 輸入,50匹配4mm x 4mm 16 引腳QFN 封裝Bias/Control LT55225VC21u FC3C4L1L2T1IF OUTC21000pFRF IN 50WLO IN 50WEN12345678910111213141516NC 規(guī)格參數(shù):頻率范圍LF -1GHz(-3dB, RLOAD = 100噪聲系數(shù)7dB(在最大增益條件下 140MHz 輸出IP348dBm 140MHz 增益范圍10.5dB -33.0dB 增益控制范圍22.5dB(1.5dB 步進標(biāo)準(zhǔn)和半功率模式電源電壓5V(單電源電源電流150mA / 80m

7、A封裝 具裸露襯墊的20 引腳TSSOP 封裝LT5514 高動態(tài)范圍VGA 和ADC 驅(qū)動器LTC1744/48/50: 14 位50/80Msps ADC LTC1750的特點:5V 電源供電500MHz 帶寬PGA S/H(采樣/保持1.35Vpp 和2.25Vpp的PGA 范圍SNR = 75.5dB10MHz, 75.2dB70MHz, (2.25V 范圍SNR = 73.0dB10MHZ, 72.3dB140MHz, (1.35V 范圍SFDR = 90dB 70MHz , 80dB250MHz 接收器動態(tài)范圍隔離動態(tài)范圍(BDR1-dB 增益壓縮點與噪聲層之比值 無寄生動態(tài)范圍(

8、SFDR無寄生動態(tài)范圍定義:當(dāng)雙音帶內(nèi)信號電平所產(chǎn)生的互調(diào)產(chǎn)品與伴生噪聲相等, 高出噪聲電平的幅度定為SFDRW-CDMA 應(yīng)用的實例:BW = 3.84 MHz;NF = 13.9dB,IIP 3= 21.5dBm(對于LT5522噪聲層= -174 +13.9 + 10 log 3.84M = -94.3dBm SFDR = ( 21.5 + 94.3 = 77.2dBRF 頻譜LO雙音RF 信號IF 頻譜IF 信號0Hz下變頻f 1 f Cf 1 f C f 2 f C SFDR = (IIP 3 噪聲層;其中,噪聲層= -174dBm/Hz + NF + 10 log BWSFDR噪聲

9、層IM 3一個接收器的SFDR 確定了它在存在巨大干擾時維持最佳靈敏度的能力f 2單變換W-CDMA 基礎(chǔ)設(shè)施接收器最大限度地減小級聯(lián)NFADC 的最大輸入電壓與信號最大電平(最有可能是干擾信號確定VGA 最小增益設(shè)定值A(chǔ)DC 的最小輸入電壓與最小可檢測信號確定VGA 最大增益設(shè)定值 在接收器鏈路上維持期望的SFDRLNARx BPF1Rx BPF2輸出匹配網(wǎng)絡(luò)14-bit ADCW-CDMA 接收要求:接收級聯(lián)NF = 3dB,最大雙音干擾信號= -44dBm/音(中等范圍BS 期望的級聯(lián)接收SFDR = -44 -(-174 + 10log3.84M + 3 = 61.2dB5VLOLO+

10、LO-IF+IF-RF-RF+140MHz IF BPF5V 5V5VLT5514LT5522LTC1750Anti-aliasing1.921.98GHzIF AMPADC 動態(tài)范圍和VGA 增益控制SFDR 定義:信號幅度與寄生頻譜分量的峰值之比(在RF 前端中,SFDR 的定義是不同的!14位ADC:單音SFDR/SNR 與Ain 的關(guān)系 fin = 140MHz假設(shè)在天線處, 最大單音干擾信號= -41dBm在ADC 輸入端, 最大Ain = 2Vp-p(4dBm, 200最小接收器增益= 4 -(-41 = 45dB當(dāng)接收MDS = -108 + 2 + 6(接收S/N= -100d

11、Bm ADC 輸入端上的接收信號= -100 + 45 =-55dBm 因此,ADC 不具有良好的信噪比(S/N當(dāng)ADC 上的最小輸入信號= -40dBm(或-44dBFS最大接收器增益= -40 -( -100 = 60dB 于是,VGA 增益控制范圍= 6045 = 15 dBADC 一般不具備用于接收器在各種輸入信號(即干擾信號電平條件下維持SNR (SFDR所需的足夠動態(tài)范圍。需要進行AGC(自動增益控制來最大限度地提升ADC 性能。S F D R A N D S N R (d B c SFDRSNRMin Zou July04ADC 有效的NF 和DR 計算14位80Msps ADC

12、 ( SNR = 72dBFS 140MHz全標(biāo)度= 4dBm ( 2Vp-p, 200第一奈奎斯特區(qū)中的積分噪聲功率ADC 噪聲功率= FS (dBm -SNR = 4 -(72 = -68dBmADC 噪聲功率密度= -144dBm/Hz kT 噪聲= -174dBm/HzADC 有效的NF = -144 -( -174 = 30dB 10*log 10(fs/2 = 10*log 10(80M/2 = 76dB W-CDMA 應(yīng)用實例:BW = 3.84MHz; NF = 30噪聲層= -174 + 30 + 10 log 3.84M = -78.2dBm“有效的”DR = 1 -(-7

13、8.2 =79.2 dBSNR =72dB76dB對于N 位ADC ,從理論上說:SNR = 6.02*N + 1.76ADC 有效的NF = FS (dBm SNR 10 * log10 (fs/2 -kTMin Zou July04接收信號電平圖表W-CDMA 應(yīng)用的最小VGA 增益設(shè)定級聯(lián) BPF LNA BPF LT5522 IF Amp BPF LT5514 BPF LTC1750 NF (dB 2.40 1 0.6 2 13.9 4 6 20 1 30 IIP3 (dBm -3.6 50 5 45 21.5 28 50 30 增益 (dB 45 -1 25 -2 -0.1 12.1

14、 -6 18 -1SFDR (dB 68.1 75.0 77.2 78.8 79.2接收級聯(lián)NF = 2.40dB接收級聯(lián)IIP3= -3.60dBm增益= 23LNALT5522-混頻器14位ADC LTC1750-173dBm/Hz IIP3 電平噪聲電平增益= 6增益= 17-150.5dBm/Hz-144.1dBm/Hz 3.84MHz -126.8dBm/Hz5dBm21.5dBm30dBmS F D RSFDR = 68.1dBLT5514 -VGASFDR = 75dBSFDR = 77.2dBSFDR = 78.8dBSFDR = 79.2dBLT5512 高信號電平下變頻混頻

15、器RF IN0.1-3000 MHzV CC 4.5-5.25V IF OUT0.1-1000 MHzLO IN0.1-2700 MHzENLT5512LO+LO-IF+IF-RF-RF+針對下變頻應(yīng)用進行了優(yōu)化和測試單端或差分LO 驅(qū)動4mm x 4mm 16 引腳QFN 封裝RF 輸入頻率=900MHz 1900MHz 轉(zhuǎn)換增益21dB IIP32017dBm SSB 噪聲系數(shù)1214 dB RF 輸入P1dB 86dBm LO-RF 漏泄-60-53 dBm LO-IF 漏泄-47-46dBmLO 驅(qū)動電平-10dBm 電源電流57 mA 電源電壓5V應(yīng)用:無線基礎(chǔ)設(shè)施接收器電纜下行鏈路

16、基礎(chǔ)設(shè)施/ 視頻點播(VOD儀表應(yīng)用的高線性度混頻器 第二部分發(fā)送器系統(tǒng)設(shè)計Min Zou July04IF+IF-RF-RF+關(guān)鍵的上變頻混頻器屬性:高IIP3低噪聲層低LO-RF 漏泄低LO 驅(qū)動功率電平單變換基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)送器多載波(或單載波Tx outputPA 驅(qū)動器IF SAW BPF功率控制1dB/步進Tx PARFBPFRF BPFDACLT552114-BitLO上變頻混頻器+46dBm (-20dBm/carrier增益= +46 (-14 = 60dB實例 4 載波W-CDMA 應(yīng)用-14dBm(+40dBm/載波140MHz2.16GHzMin Zou July04W-CD

17、MA 發(fā)送頻譜要求2180MHz2110MHz2160MHz 2100MHzMax Channel Power = +46dBmADJ CHALT CHADJ CHALT CHAlternate Channel Leakage Power -50dBcAdjacent Channel Leakage Power -45dBc-15dBm in 1MHz-25dBm in 1MHz-30dBm in 1MHz-30dBm in 1MHzWCDMA 發(fā)送頻段:2110 -2170MHz為了使PA 輸出實現(xiàn)45dB ACPR(相鄰?fù)ǖ?希望在上變頻混頻器的輸出端上具有優(yōu)于55dB 的ACPR -這意

18、味著需要采用高線性度的上變頻混頻器為了使PA 輸出端上實現(xiàn)-30dBm/1MHz 噪聲層,混頻器輸出端上需具有寬帶噪聲密度:-30dBm 10log(1MHz 60dB(RF 放大的增益= -150dBm/Hz較低的輸出噪聲層還放寬了對雙工器濾波器的要求,這可防止發(fā)送器寬帶噪聲降低接收器靈敏度LT5521 高信號電平上變頻混頻器IIFINLF-2700 MHzLT5521IF+IF-RF-RF+VCC3.0-5.25VRFOUTLF-2700 MHzLOINLF-2700 MHzEN 針對上變頻應(yīng)用進行了優(yōu)化單端LO 驅(qū)動4mm x 4mm 16 引線QFN 封裝轉(zhuǎn)換增益-1 dBIIP3 2

19、4.2 dBmSSB 噪聲系數(shù)12.5 dBLO -RF 漏泄-42dBmLO 驅(qū)動電平-5dBm電源電流80mA電源電壓5V應(yīng)用:無線基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)送器和接收器電纜下行鏈路基礎(chǔ)設(shè)施/ 視頻點播(VOD儀表應(yīng)用的高線性度混頻器RFOUT=1950MHzLT5521 高信號電平上變頻混頻器II當(dāng)輸出信道功率= -20dBm/信道時,ACPR = -63dBc;輸出噪聲密度= -160dBm/Hz;噪聲(dBm / 1MHz= -160dBm + 10log(1MHz + 60 = -40dBm(10dB 低于所需的-30dBm/1MHz 目標(biāo)是選擇一個高輸出功率電平而且滿足ACPR 和帶內(nèi)系統(tǒng)噪聲要

20、求LT5521 1.96GHz 4-channel W-CDMA Adjacent CPR, Alternate CPR & Noise Floorvs. Output Power/Channel-80-75-70-65-60-55-50-45-35-30-25-20-15-10平均輸出通道功率(dBmA d j C P R 和A l t C P R (dB c -164-162-160-158-156-154-152噪聲層(d B m /H z LT5521 W-CDMA 4-Channel Spectrum 70MHz IF, 1.89GHz LO-130-120-110-100-90-8

21、0-70-60-50-401.931.941.951.961.971.981.99RF 頻率(GHz30k H z 帶寬中的功率(d B m AdjC P R =65.7dBc AltC P R =71.6dBcNoise DensityALT CPRADJ CPR4 通道W-CDMA 相鄰?fù)ǖ繡PR 、相間通道CPR和噪聲密度與每通道輸出功率的關(guān)系曲線4 通道W-CDMA 頻譜平均功率= -24.2dBm/通道LTC 有源混頻器較無源混頻器具有更多優(yōu)點比較總體解決方案而不僅僅是元件實例:上變頻混頻器應(yīng)用+10dBm-5dBm G = +15 dB-10 dBcBPFG=10-15dB3 個或

22、更多的極點 1.9GHz-5dBm-5dBm-40 dBc LT5511, LT5519, LT5520, LT5521無源混頻器解決方案LTC 混頻器解決方案低NF, 高IIP3 1.9GHzLT5519 / LT5520 高線性度上變頻混頻器集成RF 變壓器單端LO 驅(qū)動,50內(nèi)部匹配單端RF 輸出,50內(nèi)部匹配4mm x 4mm 16 引腳QFN 封裝單5V 工作電源LT5519LT5520工作頻率0.7 至1.4 1.3 至2.3GHz 轉(zhuǎn)換增益-0.6-1dB IIP3 17.115.9dBm IIP248 45dBm SSB 噪聲系數(shù)13.615dB LO -RF 漏泄-44 -41dBm LO 驅(qū)動電平-5