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HFA3783芯片在类零中频接收机中的应用

2006年03月11日 13:17 次阅读

摘 要: 本文介绍了零中频接收机的原理,以及基于高性能调制解调芯片HFA3787的类零中频接收机的设计与实现。

引言
众所周知,传统的“超外差”式无线接收机工作流程如下:微弱的高频无线电信号必须通过一级或几级的混频电路,才能去掉其它信道的干扰并获得足够的增益,最终完成解调,取出所需的信息。
为了克服“超外差”式无线接收机存在的镜像干扰和需要高Q值滤波器等缺陷,人们提出了零中频接收机的概念。这种被称为直接变频(Direct-Conversion)或零中频(Zero-IF)的结构存在以下优点:(1)中频频率为零,不存在镜像干扰问题;(2)信道选择在低频进行,可以很方便地利用集成电路对信号进行数字化处理。
但是零中频接收机也存在着直流偏移和低频噪声等不易消除的障碍,于是又有人提出了二次变频宽中频(Dual-Conversion wih Wideband Fisrt IF)接收机。这种接收机在第一次变频时将高频信号变到一个较高的中频上,第二次变频输出则是零中频。本文采取的就是这种类零中频接收机的结构。图1给出了其工作原理图。

HFA3783芯片功能及结构
HFA3783是Intersil公司为半双工无线应用而推出的综合芯片,它包含了正交调制和I/Q路解调所有必需的功能模块。它的中频接收AGC放大器具有600 MHz 频率响应范围和70 dB电压增益,并且有超过70 dB的增益控制范围;发送输出也有70 dB的增益控制范围。它的接收和发送中频可以共用一个差分匹配滤波网络,以减少在单中频半双工发送器中所必需的滤波器件数量。在接收模式中有直流偏置校正电路和中频电平检测等功能。其内部混频器由一个宽带正交本振发生器驱动,中频频率设置及PLL环同步参数由一个3线串行接口控制,它只需要低电平的外部VCO和频率可达50 MHz的参考源。其功能模块如图2所示。
它的主要特性如下:
综合了中频发送和接收所有的功能,宽幅度的正交频率范围为70 至 600MHz,中频AGC动态范围为69dB,具有直流耦合基带接口和接收直流偏移校正环路,使用3线串行接口控制PLL环同步,本振驱动电平为-15dBm,发送/接收功能切换<1μs,具备电源管理/等待模式和单电压(2.7V~3.3V)供电。


图1 二次变频宽中频式接收机原理图


图2 HFA3783功能模块图


图3 同步串口时序图


图4 类零中频接收机的电路框图

参数设置及寄存器功能
HFA3783由于是半双工模式,其需要输入管脚PE1、PE2和寄存器M的最低位M(0)来定义发送/接收的工作状态。它的真值表见表1。
HFA3783共有5个内部功能寄存器,它们都是通过3线串行接口来设置,这3根输入管脚分别为:时钟(CLK)、数据(DATA)、锁存(LE),其输入时序如图3所示。
当数据输入满20位时,输入一个锁存信号,HFA3783通过比较低2位数据来判断是给哪一个寄存器进行设置,其具体设置如表2。
其中,R为参考源的分频比, A/B及M(2)为VCO分频系数。HFA3783通过对经过分频的参考频率REF/R和分频后的VCO/[P*B+A] 进行比较,来控制VCO的调谐电压,最终使PLL环锁定用户所设置的频率。
C寄存器的值决定在接收模式中校正直流偏置电平的频率及时间。校正时间计算公式为:
校正时间=22&TImes;
其中fREFIN为MHz级。
M为工作模式寄存器,它必须首先被设置,其次才是其它寄存器。

类零中频接收机的电路实现
射频段由于是采用传统的结构,在这里我们不再赘述。其电路框图如图4所示。
这里,使用FPGA对HFA3783进行参数配置,用FPGA和DSP协同处理基带数据。在基带处理时,低层的信号预处理算法处理的数据量大,对处理的速度要求高,但运算结构相对简单,因而适于用FPGA进行硬件实现。相比之下,高层处理算法所处理的数据量相对较小,但算法的控制结构复杂,适于用运算速度高、寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。

结语
由于HFA3783除了调制、解调电路之外,其内部还综合了中频放大、AGC、基带低通滤波等电路,这样,类零中频接收机的中频电路仅需要很少的器件,而且调试起来也比较方便;并且HFA3783还能给A/D采样提供一个1.2V的参考电平,提高A/D采样精度。
但我们在硬件调试时发现有几个问题必须注意:
* VCO和参考频率的分频系数与本振的PLL环相位噪声是一对矛盾:分频系数选得小,PLL环就有可能不能正常锁定;分频系数选得大,PLL环相位噪声也相应地增大了,这就需要通过具体地调试来选择一个折衷的方案。
* 阻抗匹配需要认真考虑。在HFA3783的中频输入、输出端,可以共用一个滤波匹配网络,其阻抗为250W。
* HFA3783的发基带需要1.3V的偏置电压,否则发中频不能正常工作。
本文介绍的类零中频接收机的方案已成功地应用在某型扩频单元中,各项性能指标均达到要求。

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发表于 2009-10-05 16:33 128次阅读
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简易1.5V调幅广播接收机

简易1.5V调幅广播接收机 该

发表于 2009-10-05 16:30 378次阅读
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27.145MHz的窄带调频(NBFM)接收机

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发表于 2009-10-05 16:14 1140次阅读
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20-160M波段的简易直接转换接收机

20-160M波段的简易直接转换接收机   T1和T2都是TOKO,所示

发表于 2009-10-05 16:08 473次阅读
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调频光束接收机

调频光束接收机 该

发表于 2009-09-18 17:42 167次阅读
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接收机底噪、接收机增益、接收灵敏度、移动台的热噪声功率接收机增益分为射频接收通道增益和基带处理增益两...

发表于 2009-06-15 09:46 4135次阅读
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一种应用于车载系统的GPS接收机射频前端的设计

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发表于 2009-05-16 09:00 216次阅读
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发表于 2009-05-13 14:40 354次阅读
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超声波遥控照明灯接收机电路图

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发表于 2009-05-08 15:31 188次阅读
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超声波遥控开关接收机电路图

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发表于 2009-05-08 15:30 191次阅读
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400m无限电遥控接收机电路图

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发表于 2009-05-08 15:26 269次阅读
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电视接收机的检波电路图

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发表于 2009-05-08 13:16 209次阅读
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什么是接收灵敏度

什么是接收灵敏度 摘要:本应用笔记论述了扩频系统灵敏度的定义以及计算数字通信接收机灵敏度的方法。本...

发表于 2009-05-08 10:46 289次阅读
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探鱼器接收机电路图

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发表于 2009-05-07 12:43 1783次阅读
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接收灵敏度的定义公式

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发表于 2009-04-25 09:42 7703次阅读
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146MHz接收机的前置放大器电路

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发表于 2009-03-23 21:10 203次阅读
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战波系统接收机电路图

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发表于 2009-03-19 10:59 242次阅读
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载波接收机电路图

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发表于 2009-03-19 10:57 288次阅读
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集成电路载波接收机电路图

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接收机灵敏度的研究

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发表于 2009-03-15 11:04 460次阅读
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