俞杰 束敏 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所

無線通信射頻接收機(jī)中模擬基帶電路設(shè)計(jì)

俞杰 束敏 中國船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所

我國的通信體系盡管有了很大的發(fā)展與進(jìn)步，各個(gè)技能也都不斷完善，但在無線通信的射頻接收發(fā)送方面，依然有著很多問題。在對(duì)其射頻接收體系進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮許多可能發(fā)生的因素，有效提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。本文針對(duì)無線通信射頻接收機(jī)中的模擬基帶電路設(shè)計(jì)進(jìn)行探討與研究，并提出相關(guān)有效措施與合理建議。

無線通信 射頻接收機(jī) 模擬基帶電路

1 無線通信發(fā)展的背景與發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)如今的無線通信更具有兼容性、移動(dòng)性與靈活性，正向著更強(qiáng)的傳輸速率趨勢(shì)發(fā)展。無線通信中的兼容性與靈活性讓將來的手持設(shè)備可以覆蓋并且滿足不同通信協(xié)議的頻段與調(diào)制方式，同一裝置能夠在不同地域、國家使用，不用根據(jù)運(yùn)營商與協(xié)議來進(jìn)行硬件的改變。這對(duì)電子供應(yīng)商來說，其能夠更快更好的讓產(chǎn)品在世界各地上市，增強(qiáng)了其市場(chǎng)占有率的同時(shí)，高傳輸率也將給以后的家庭用戶帶來非常大的重要變革。

2 無線通信射頻接收機(jī)對(duì)模擬基帶電路性能要求分析

無線通信的概念顧名思義就是不需要介質(zhì)就能夠傳輸信息，與有線網(wǎng)絡(luò)不同，它不需要運(yùn)用光纖與網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)進(jìn)行信息傳輸。而是利用電磁波進(jìn)行信息傳遞與運(yùn)輸。無線通信體系中，接收機(jī)要面對(duì)的首要問題是因沒有傳遞介質(zhì)，其工作需又要在有強(qiáng)干擾信號(hào)下，檢驗(yàn)到在某一個(gè)特殊制定的頻段上很弱小的信號(hào)，這和有線通信相對(duì)比，大大的增強(qiáng)了系統(tǒng)的繁雜度。無線通信體系依據(jù)其覆蓋范圍，能夠分為四類，分別是無線廣域網(wǎng)、無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)與無線區(qū)域網(wǎng)這四種，其中無線廣域網(wǎng)作為全部無線通信體系中覆蓋范圍最廣、移動(dòng)性最好的通信系統(tǒng)；無線城域網(wǎng)則是主要涵蓋城鎮(zhèn)或者郊區(qū)這些地理區(qū)域比較大的通信系統(tǒng)；無線局域網(wǎng)主要是為了辦公場(chǎng)所與家庭的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的通信系統(tǒng)；無線個(gè)域網(wǎng)覆蓋的范圍比較小，主要是用于個(gè)人用戶間的無線連接。

2.1 無線通信射頻接收機(jī)的結(jié)構(gòu)概述

無線通信射頻接收機(jī)的大概工作內(nèi)容原理是：把接收的射頻信號(hào)運(yùn)用低噪音放大器進(jìn)行放大，再利用混頻器將信號(hào)從高頻移至低頻，然后運(yùn)用增益放大器與濾波器把信號(hào)再一步擴(kuò)大并把目標(biāo)信號(hào)過濾出，最后利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器把其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，交于數(shù)字基帶來處理。常見的接收機(jī)結(jié)構(gòu)為超外差接收機(jī)、鏡像抑制接收機(jī)、數(shù)字中頻接收機(jī)與亞采樣接收機(jī)。無線通信中接收機(jī)的模擬基帶電路主要處理通過射頻前端低噪音放大器放大與音頻混頻器下變頻以后的信號(hào)。在此過程中，模擬基帶電路的處理都是具有幅度較大的信號(hào)，所以設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的因素和射頻前端有些區(qū)別。

2.2 分析設(shè)置模擬基帶電路的設(shè)計(jì)

接收機(jī)在世界通用網(wǎng)絡(luò)模式下運(yùn)用的是零中頻構(gòu)架，在全球移動(dòng)通信系統(tǒng)的模式下利用數(shù)字低中頻的構(gòu)架。以上的接收機(jī)構(gòu)架，可以擁有更好的更強(qiáng)的可重構(gòu)性，把模擬基帶中所有模塊在以上協(xié)議基礎(chǔ)下進(jìn)行復(fù)用。針對(duì)可變的增益放大器，僅僅需要變更其階數(shù)與類型。這樣就能夠通過簡(jiǎn)便的裝置滿足各種協(xié)議的要求，既可以降低設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度又可以減小芯片的面積。模擬基帶電路的設(shè)計(jì)有很多電路模塊，分別是可變?cè)鲆娣糯笃?、可配置運(yùn)算放大器與電阻陣列三種。

2.3 模擬基帶電路設(shè)計(jì)的模塊內(nèi)容與設(shè)計(jì)分析

可變?cè)鲆娣糯笞鳛榻邮諜C(jī)中的一個(gè)主要模塊，其首要功能為把混頻以后的信號(hào)放大，讓接收機(jī)可以在不一樣的輸入功率下，其輸出功率依舊維持在合理的一個(gè)范圍內(nèi)，確保后面的工作可以穩(wěn)定的進(jìn)行。可配置運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)是模擬電路中的基礎(chǔ)，為了保障放大器的輸出范圍，應(yīng)該采取二級(jí)米勒的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。電阻列陣：閉環(huán)結(jié)構(gòu)的放大器是運(yùn)用電阻的并聯(lián)來從控制增益的，其增益是為了反饋電阻和輸入電阻的比例值。由于是反饋環(huán)路，所以可以采取電阻匹配來完成對(duì)增益的精準(zhǔn)控制。同時(shí)，增益的變化能夠運(yùn)用變更輸入電阻或反饋電阻值來完成。為了避免前級(jí)電路被增益的變更所影響，可采用差分短接的方法來實(shí)現(xiàn)增益變化。

3 基帶電路設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性分析

傳統(tǒng)的穩(wěn)定性分析法一直是看相位裕度和增益裕度這兩個(gè)方面。這種判斷分析的方法還不夠完善，由于反饋環(huán)路在運(yùn)放接成了反饋形式后會(huì)引入一部分的相移。需要分析整個(gè)環(huán)路的穩(wěn)定性。因此，可以運(yùn)用兩種辦法進(jìn)行有效分析，一是斷開反饋環(huán)路，推動(dòng)整個(gè)環(huán)路運(yùn)輸函數(shù)，再根據(jù)相位裕度與增益裕度進(jìn)行穩(wěn)定性的判斷，二是一種運(yùn)用閉環(huán)來傳遞函數(shù)的軌跡進(jìn)行穩(wěn)定性的判斷。此方法不僅解決了傳統(tǒng)的判斷穩(wěn)定性方法中的缺陷同時(shí)也提高了其質(zhì)量與效率。

4 結(jié)束語

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步與無線通信的迅速發(fā)展，給人們的生活需求提供了保障?，F(xiàn)如今，通信系統(tǒng)通過支持高數(shù)據(jù)率來實(shí)現(xiàn)高清視頻的播放，也可以運(yùn)用數(shù)字圖像的壓縮技術(shù)來減少信息量。而在無線通信迅速發(fā)展的同時(shí)，其模擬基帶電路的設(shè)計(jì)在其中起著很重要的作用。因此要加大對(duì)無線通信射頻接收機(jī)中模擬基帶的設(shè)計(jì)重視程度，以保證無線通信的質(zhì)量與發(fā)展。

[1]彭亞濤.無線通信基站射頻前端模塊關(guān)鍵技術(shù)研究[D].中國科學(xué)院大學(xué), 2015.

[2]張勝.寬帶無線通信系統(tǒng)射頻收發(fā)前端研究[D].杭州電子科技大學(xué),2011.

[3]查文杰.UHF波段多載波高功率線性放大器研究[D].電子科技大學(xué),2007.