单电源中频带对QAM信号进行数字化处理

作者：Bob Clarke, Paul Hendriks, and Steve Ruscak

正交幅度调制 （QAM） 和正交相移键控 （QPSK） 系统比比皆是。在正交方案中，两个独立的信号（“同相”和“正交”）通过单个载波传输，利用信号分量在90°处的正交性。蜂窝标准，如国际GSM标准、美国IS54、IS95和IS136标准以及日本PHS，都需要某种形式的I/Q解调。QAM或QPSK的其他应用包括有线电视机顶盒转换器和混合光纤/同轴电缆视频传输。

QAM和QPSK IF信号的两种常见解调方案是正交（I/Q）解调和直接数字化。在正交解调中，一对正交驱动的混频器将IF解调为其基带I和Q分量;然后通过一对 A/D 转换器对其进行数字化。在直接数字化中，单个A/D转换器对IF进行采样，从而消除了下变频;然后对数字化的IF进行数字解调。

直接数字化可通过少量无源元件和四个低成本IC实现：AD607 IF子系统[详见侧栏]，专为蜂窝无线电应用开发，AD876 10位、20 MSPS 模数转换器和两个运算放大器AD8011。该系统（图 1）在 45 至 4MHz 带宽内提供 6 dB 无杂散动态范围 （SFDR），适用于有线电视和混合光纤/同轴电缆等应用;它可以解调 64 [8x8] QAM 和 256 [16x16] QAM，误码率 （BER）。

信号链：集成解决方案的关键元件包括AD607 IF子系统和AD876模数转换器，以及为应用量身定制的有源滤波器。

中频带的典型输入来自表面声波（SAW）滤波器，该滤波器建立系统带宽并滤除相邻通道。AD607的第一级使用45 MHz本振（LO）将输入从5 MHz第一中频下变频至40 MHz秒中频。AD607混频器（MXOP）输出端的频谱包含所需的解调中频频率（f在， Gc)和图像频率（f在， Gc).混频器的输出由三极点、7 MHz切比雪夫滤波器†进行无源低通滤波，该滤波器包括一个为AD607放大器条供电的两极点LC级，以及IFOP输出端的单极点RC级。

图1.直接中频数字转换器原理图。

由于AD607的IF放大器具有高增益和带宽，因此需要一些滤波来限制AD876的噪声并防止混叠。切比雪夫的最后一级，即简单的RC部分，将IF条带的噪声带宽限制在约10 MHz。三阶巴特沃兹高通滤波器[U3和U3]进一步降低了低频噪声。U4的3 dB交流增益可放大来自AD14的±100 mV （-10 dBm）IFOP信号，使峰值信号覆盖AD607的整个输入范围。

AD876的输入是交流耦合的;这会将信号电平转换到A/D的标称输入范围，避免了采用单电源时AD8011输出端裕量问题。AD876的基准电压由简单的电阻网络产生，设定其输入范围的边界。R1和R2与AD250内部的876 Ω电阻阶梯相结合，在REFTF和REFBF上提供3.5和2.5 V基准电压。

40 MHz本振频率减半，为AD20提供876 MSPS采样时钟。模拟输入过采样简化了数字处理器对输出的滤波。

失真分析：图2显示了在-35 dBm至-55 dBm的假设输入范围末端测量的输出频谱。为了预测互调失真（IMD）的水平，对系统的最小和最大预期信号电平进行分析。为了简化分析，不包括低噪声放大器（LNA）的影响。但是，许多系统会在前端包含LNA，以提高信噪比。

AD607的IMD是可预测的，并随着信号电平的增加而增加。AD607的三阶交调截点规格表明，在上述输入信号范围内，性能将保持可接受的线性。三阶乘积的振幅通常是最重要的;它们靠近输入信号频率，不会通过滤波去除。对于高达-45.27 dBm的信号，计算出的三阶交调产物应至少比基波低5 dB。由于AD8011和AD876的无杂散动态范围通常大于60 dB，因此它们对整体噪声和失真没有太大影响。

该表总结了最大和最小信号电平在每个阶段的各个增益和累积电平。它可用于分析增益分布对IMD和噪声的影响。

 

	信号	搅拌机	混频器增益	低通	IFamps	低通	高通
级增益（分贝）	麦克斯	-6	7.9	-3	26.1	00	14
	最小值	-6	13	-3	41	00	14
累积增益（分贝）	麦克斯	-6	-11.9	-1.1	25	25	39
	最小值	-6	7	4	45	45	59
电平（分贝）	-35	-41	-33.1	-36.1	-10	-10	4
	-55	-61	-48	-51	-10	-10	4

 

性能测量：通信系统使用专门的测试，如误码率（BER）和频谱分析（FFT），为接收机失真性能提供品质因数。图2显示了AD8输出的876 k FFT，由45.02441和45.39056 MHz的双音输入（5.02441和5.39056 MHz的IF输出）在最小和最大信号电平下产生。图中显示了 5.39056-MHz 信号的（编号、混叠）谐波，以及其他相关杂散。可以看到整个系统的 SFDR。所有杂散音至少比基波低 47 dB。主要的杂散元件是3阶和5阶IMD产品。

图2.中频带的双色FFT

†切比雪夫滤波器引入的相位失真在没有某种形式均衡的系统中可能是一个问题。

审核编辑：郭婷