文章
日志
帖子
首页
论坛
博客
大讲堂
人才网
直播课
资讯
全部
通信/手机
综合电子
测试测量
半导体/EDA
微处理器
模拟/电源
可编程逻辑
嵌入式
汽车电子
医疗电子
工业电子
物联网
可穿戴
机器人/飞行器
其他科技
传感器/Mems
射频微波
人工智能
技术文章
全部
通信/手机
综合电子
测试测量
半导体/EDA
微处理器
模拟/电源
可编程逻辑
嵌入式
汽车电子
医疗电子
工业电子
物联网
可穿戴
机器人/飞行器
其他科技
传感器/Mems
射频微波
人工智能
频道
通信/手机
综合电子
测试测量
半导体/EDA
微处理器
模拟/电源
可编程逻辑
嵌入式
汽车电子
医疗电子
工业电子
物联网
可穿戴
机器人/飞行器
其他科技
传感器/Mems
射频微波
人工智能
登录
注册
创芯云服务 :
创芯大讲堂
|
创芯人才网 |
数字IC职业培训
EETOP诚邀线上IC培训讲师!
技术
>
工业电子
>
内容
接收器IC混合式混频器、频率合成器和IF放大器
2021-01-26 16:27:50
来源:
ADI
无线基站曾经封装在采用气候控制技术的大型空间中,但现在却可以装在任意地方。随着无线网络服务提供商试图实现全域信号覆盖,基站组件提供商面临压力,需要在更小的封装中提供更多的功能。
来自ADI公司的一对集成电路(IC)提供了一种解决方案,重新界定了接收器前端混频器的意义。实际上,该IC在混频器IC内部集成了曾经附加于接收器内混频器的许多组件,比如,本振(LO)和中频(IF)放大器。利用这些IC,可以大幅减少蜂窝基站的大小,同时还能带来软件定义无线电(SDR)的灵活性,从而应对多种不同的无线标准。
这里涉及的IC的型号是AD
RF
6612和AD
RF
6614,根据设计二者支持的
RF
范围为700 Mhz至3000 MHz,LO范围为200 Mhz至2700 MHz,IF范围为40 Mhz至500 MHz。它们支持低端或高端LO注入,包括一个板载锁相环(PLL)和多个低噪声电压控制振荡器(VCO),全部封装在7 mm × 7 mm 48引脚的LFCSP外壳中。超高的集成度和组件密度,加上多样性和可编程能力,可以支持多种不同的无线标准,完全满足现代微蜂窝的小批量生产需求。
为了更好地理解这些高度集成的混频器IC在节省空间方面的优势,不妨回忆一下2010年左右时的蜂窝基站的前端,如图1所示。双混频器架构的带宽范围约为1 Ghz,需要多个组件来处理当时的蜂窝频率范围,即800 MHz至1900 MHz。频率合成由一个独立的PLL和窄带VCO模块提供,需要用一个特有的PLL环路滤波器才能实现最佳性能。每个目标频段均采用专门的VCO模块,结果增加了基站内需要的电路板面积。
另外,这些分立式组件是通过低阻抗传输线路相互连接起来的,结果会增加信号损失。结果,需要很大的电流把VCO输出驱动到足够的电平,以便混频器能在信号阻塞条件下产生低相位噪声和噪声系数。
集成VCO的接收器IC并非新事物。但要实现多载波要求的宽带宽和低相位噪声,全球移动通信系统(MC-GSM)无线网络一直是个挑战。GSM的信道复用方案要求接收LO具有极低的相位噪声,尤其是在相间通道失调频率为800 kHz的情况下,如图2所示。如果这些相间通道的多余相位噪声与同样处于800 kHz失调条件下的无用信号相混合,则可能使相位噪声转换成IF输出,从而降低系统的灵敏度。
低VCO相位噪声通常是通过高质量因数(高Q)谐振器和窄带设计实现的。频分也能降低噪声。通过使VCO工作于接收器LO频率的整数倍,随后进行的分频即可使相位噪声降低一个6 dB/倍频程,如图3所示。GSM在1800 Mhz至1900 Mhz频段内的相位噪声要求极高,其严重程度大约相当于800 Mhz至900 Mhz频段内相位噪声的两倍。
在低相位噪声以外,现代基站接收器设计必须支持无线通信网络当前使用的多种调制方案。除GSM以外,其他调制方案包括宽带码分多址(WCDMA)和长期演进(LTE)系统。接收器设计通常包括若干不同的VCO,其相位噪声性能配置为中等水平,通过组合的方式满足基站倍频程带宽需求。
一旦将若干个VCO配置为在最高工作频率下产生一个倍频程带宽,则可用二分频实现较低的LO频率。AD
RF
6612接收器混频器采用的就是这种方法,其中,VCO基频范围为2.7 Ghz至5.6 Ghz,通过从1至32分频,两级频分实现200 Ghz至2700 Mhz的LO频率。对于同时包括MC-GSM的应用,AD
RF
6614接收器混频器包括两个额外的高性能VCO内核,用于提供1800 Mhz至1900 MHz GSM频段所需要的LO频率。
由于现代无线微蜂窝可能不具备气候控制环境的优势,所以这些接收器IC一类的组件可在较宽的极限温度范围内提供一致、可靠的性能。为了在较宽的工作温度范围内实现规定的性能,AD
RF
6612和AD
RF
6614 IC中的PLL和VCO采用了多种校准技术。
对于低噪声宽带宽,每个VCO内核采用一个8位的容性数模转换器(CDAC),后者可以为给定的LO频率选择正确的频段(128选1)。系统会仔细监控VCO谐振器幅度的任何变化,并用自动电平控制(ALC)系统调整幅度,以获得最佳输出幅度。每个IC都会在工作频率被重新编程的时候执行校准序列。这样可以确保所选频段将VCO调谐变容二极管的调谐电压集中于最佳范围内,使频率合成器在所需工作温度范围保持锁定。
每个AD
RF
6612和AD
RF
6614 IC中的四个VCO内核可以确保其工作范围具有合适的重叠性,能适应不同的环境条件和器件制造容差。对于环境和工艺差异,内核一般会以相同的方向移动频率,因而内建了充足的重叠机制,使得频率合成器能够始终实现锁定条件。
一旦确定校准方案,就可以无限地维持频率,调谐电压范围支持需要的同步范围。在时分双工(TDD)系统中,基站可能根据不同的时隙改变频率,其工作时间可能按微秒计。在频分双工(FDD)系统中,可能需要多年锁定单个频率。
在AD
RF
6612和AD
RF
6614 IC系统工作期间,任何时候都不允许出现故障停机事故。因此,温度变化和组件老化效应通过VCO的变容调谐电压范围和频率调谐灵敏度(kV)来处理,温度范围有可能达145°C。每个IC会根据需要持续监控器件温度并调整VCO偏置。
AD
RF
6612和AD
RF
6614 Ic采用一种独特方法,最大限度地减轻由杂散信号产物导致的接收器灵敏度下降问题。利用频率合成器的整数模式和紧凑环路滤波器可使参考杂散产物低至−100 dBc以下。最小杂散信号对调制方案至关重要,如MC-GSM。对于LTE和其他调制方案,或者在需要精细的频率阶跃的情况下,频率合成器可以工作于小数N分频模式。参考路径集成一个13位分频器,整数和小数路径各自集成16位分频器,具有极大的灵活性。
对于需要共置相位跟踪接收通道的应用中,如多输入多输出(MIMO)系统,可以通过菊花链方式将AD
RF
6612和AD
RF
6614 IC级联起来,以便允许其中一个单元作为主频率合成器,分别通过其外部LO输出和输入端口为其他从机接收器供电。这样,就可以最大限度地降低额外LO分配放大器及其相位噪声相应增大的程度。
为了同时支持高端和低端LO注入,每个IC的LO链提供了灵活的信号处理,如图4所示。使用1至32的整数分频比,即使是700 Mhz频段和高IF,也可实现低端注入。LO级在从200 Mhz至2700 Mhz的整个LO范围内,同时为无源混频器内核提供一个方波驱动。1
现代无线基站带内信号在频率上接近低电平输入信号,因而蜂窝接收器可以充当阻塞信号。在这种情况下,在目标信号之上,来自阻塞信号附近LO放大器的相位噪声被混频进IF输出频段。这样会提高噪底,有时能大幅降低接收器的信噪比(SNR)。
由于阻塞信号可能较大(高功率),所以VCO相位噪声必须极低,并且LO链不会在阻塞器失调条件下降低噪底。在这些超高的阻塞电平下,接收器噪声系数会最终被阻塞信号主导,并根据阻塞器功率水平的高低下降。
在分立式接收链方案中,可以在LO路径上引入一些滤波机制,以在阻塞器失调条件下,最大限度地降低来自VCO和LO分配放大器的相位噪声。然而,在集成式前端中,必须谨慎,避免LO链中的加性相位噪声。
AD
RF
6612和AD
RF
6614 IC采用高增益LO链和硬限幅放大器以将LO链驱动至限幅。当每个级进入硬限幅时,在其他情况下会增大相位噪声的LO链小信号增益将大幅下降,从而将阻塞条件下的噪声系数下降问题减至最低。
来自阻塞信号的噪声折叠会降低接收器输出噪声频谱性能,提高输出噪底,从而降低接收器噪声系数。根据设计,AD
RF
6612和AD
RF
6614接收器IC可在最大限度减小接收器噪声系数降幅的条件下承受较大的阻塞信号,如图5所示。即使输入阻塞电平为10 dBm,在载波失调10 MHz条件下,接收器的噪声系数也只会下降3.2 dB,即使转换增益在极端阻塞电平下缩减1 dB,亦是如此。
这些接收器IC具有超高的集成度,因而对现代无线基站设计师来说,可以大幅提升性能,节省DC功耗,如图6所示。IC采用一种技术,可以同时优化片上混频器周围的
RF
和IF级。2
该技术首次用于AD
RF
6612,在整个温度范围内和整个频率范围内以及低功耗条件下,最低IIP3超过25 dBm,在整个温度范围内,为29 dBm至2 GHz。该技术还具有最佳接收路径噪声系数性能和高转换增益,如图7所示。3,4
图7.图中所示为AD
RF
6612接收器IC的实测增益、噪声系数和输入三阶交调截点(IIP3)。
致谢
随着完整接收器链内在集成度的提高,开发团队的规模也大幅增加。虽然这里无法列出为本文做出贡献的全体人员,但本文作者非常荣幸地向下列行业专家表示由衷的谢意:Kurt Fletcher和Dominic Mai花了大量时间以实现优秀的布局并保持对称,避免无用耦合。Vincent Bu与我们的供应商密切配合,开发必要的封装。Susan Stevens与外部代工合作伙伴维持了良好的工作关系。Craig Levy和Rachana Kaza为这些器件开发了生产
测试
功能。Wendy Dutile、Ed Gorzynski和Chris Norcross都参与了
测试
电路的大量原型制作工作。Mark Hyslip负责业务协调,使得本项目得以成型。本文作者希望以本文纪念我们的同事,Edward J. Gorzynski。
关键词:
接收器
混合式混频器
IF放大器
EETOP 官方微信
创芯大讲堂 在线教育
创芯老字号 半导体快讯
相关文章
上一篇:
Vishay赞助的同济大学电动方程式车队勇
下一篇:
Vishay推出适用于强调高可靠应用领域的
全部评论
最新资讯
最热资讯
成本数倍成长,讲好的补贴不给!台积电遭遇
IAR率先支持瑞萨首款通用RISC-V MCU,树立
最新Omdia研究显示,2023年半导体市场收入
Melexis推出动态RGB-LED应用新型开发方案
高通、英特尔、Google 组队打Nvidia!拟靠
苹果花更多钱回购股票而非研发,被美国司法
第四次工业革命大幕速起,实现伟大复兴要严
国际半导体产业协会预估台积电、英特尔年内
建设高端半导体装备,SRII赋能新一代集成电
高通推出两款下一代音频平台,面向高端和中
Vicor的48V供电架构可以支持12V系统
总投资630亿!京东方国内首条 8.6 代 AM
总投资630亿!京东方国内首条 8.6 代 AMOLED 生产线奠基
全栈式持续助力新能源车电力创新,泰克参加ATC汽车测试技术周
手把手教你制作高速吹风机
英飞凌参加2024年美国国际电力电子应用展览会, 以丰富的功率解决方案组合推动低碳化和数字化进程
是德科技推出支持 Wi-Fi 7性能测试的E7515W UXM 无线连接测试平台
半导体最新排名
苹果在华出货量持续暴跌!
被华为超越,戴尔成最大输家!
全栈式持续助力新能源车电力创新,泰克参加ATC汽车测试技术周
品英Pickering公司推出最新大功率舌簧继电器,额定功率高达 80W
IBM与英伟达™(NVIDIA®)合作推动企业就绪型人工智能的大规模应用
知情人士称苹果与百度尚未达成AI合作
业界最热文章
零漂移精密运算放大器:测量和消除混叠
德州仪器新品发布:氮化镓产品与隔离式
用有源钳位正激转换器闭环
Vishay的新款80 V对称双通道MOSFET的RDS
安森美调整事业部结构以扩大产品组合并加
如何利用碳化硅打造下一代固态断路器
Vishay推出的新型ThermaWick表面贴装热跳
一个简单的三角形符号到底意味着什么?
KWIK电路常见问题解答 15Msps 18位ADC
电能质量监测第1部分:符合标准的电能质
Vishay推出旋钮电位器,简化工业和音频应
TI通过全新的SAR ADC系列(包括业界超快
智能功率模块让热泵更智能
智能功率模块助力提升工业系统能效
常见问题解答:如何在SPICE中构建铂RTD传
使用UCC24624同步整流器控制器提高LLC谐
负线性稳压器在 1 MHz 下具有 0.8
Vishay推出升级版TFBS4xx和TFDU4xx系列红
新ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 CDM测试标准概览
运算放大器的串联:如何同时实现高精度和
ET创芯网(EETOP)-电子设计论坛、博客、超人气的电子工程师资料分享平台
论坛
博客
大讲堂
人才网
直播课
关于我们
联系我们
隐私声明
@2003-2024 EETOP
京ICP备10050787号
京公网安备:11010502037710
×