2．4 GHz收發(fā)系統(tǒng)射頻前端的ADS設(shè)計(jì)與仿真
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2 接收端的建模與仿真
接收端在設(shè)計(jì)中要考慮增益、噪聲系數(shù)、靈敏度等因素，比發(fā)射端的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜。由于接收端包含很多有源器件，有源器件的非線性對(duì)整個(gè)接收系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生很大的影響，比如當(dāng)只輸入一個(gè)信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)增益壓縮，當(dāng)輸入兩個(gè)以上的信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)互相調(diào)制等。在本設(shè)計(jì)中，中頻解調(diào)模塊大概也需要8～10 dBm的信號(hào)大小，經(jīng)過分析，低噪聲放大器采用的是MAX2641，MAX2641的增益為13．5 dB，噪聲系數(shù)為1．5 dB?；祛l器采用的是MAX2682，MAX2682的增益為7．9 dB，噪聲系數(shù)為13．4 dB，本地振蕩器與發(fā)送端的相同。使用ADS對(duì)接收端進(jìn)行建模，如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/157781.htm
由于各個(gè)模塊的參數(shù)均為已知，通過計(jì)算可以得出系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)，三階互調(diào)截點(diǎn)等。
噪聲系數(shù)定義為系統(tǒng)輸入信噪功率比(SNR)i=Pi／N，與輸出信噪功率比(SNR)o=Po／No的比值，常用F表示。噪聲系數(shù)表征了信號(hào)通過系統(tǒng)后，系統(tǒng)內(nèi)部噪聲造成信噪比惡化的程度。噪聲系數(shù)常用NF(單位為dB)表示。根據(jù)噪聲系數(shù)的級(jí)聯(lián)式：
可以計(jì)算出系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)，系統(tǒng)總的噪聲系數(shù)就是從圖3中的低噪聲放大器向輸出端方向看過去，所表現(xiàn)出的噪聲系數(shù)，也可以理解為當(dāng)接收信號(hào)由低噪聲放大器傳輸?shù)捷敵龆?，接收端?duì)信噪比的惡化程度。利用公式(1)經(jīng)過計(jì)算得到系統(tǒng)的噪聲系數(shù)F＝2．582 dB，NF＝4．12 dB。
三階截點(diǎn)IP3定義為三階互調(diào)功率達(dá)到和基波功率相等的點(diǎn)，此點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入功率表示為IIP3，此點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出功率表示為OIP3。根據(jù)三階互調(diào)截點(diǎn)的級(jí)聯(lián)式：
可得，系統(tǒng)總的IIP3＝－9．75 dBm。同樣在模擬設(shè)計(jì)環(huán)境下，對(duì)接收端進(jìn)行預(yù)算仿真，仿真結(jié)果如表2所示。
從表2的仿真結(jié)果可以看出整個(gè)接收端的增益為17．205 dB，假設(shè)接收天線接收到的信號(hào)為－30 dBm，則接收到的中頻信號(hào)大小為－12．795 dBm。中頻信號(hào)的仿真值略低于中頻接收端所需要的信號(hào)大小，這可以用驅(qū)動(dòng)放大器來增加信號(hào)的大小。另外由仿真結(jié)果可以看出接收端總的噪聲系數(shù)為4．151 dB，而計(jì)算出的結(jié)果為4．12 dB。仿真的接收端的三階輸入截點(diǎn)為－10．124 dBm，而計(jì)算出的為－9．75 dBm。以上結(jié)果有一定的差異，該差異是由增益壓縮等因素所引起的。接收機(jī)的一個(gè)很重要指標(biāo)是靈敏度，它定義為：在給定的信噪比的條件下，接收機(jī)所能檢測(cè)的最低輸入信號(hào)電平。靈敏度與所要求的輸出信號(hào)質(zhì)量即輸出信噪比有關(guān)，還與接收機(jī)本身的噪聲大小有關(guān)。接收機(jī)的靈敏度可由下式計(jì)算得出：
假設(shè)接收機(jī)輸入端滿足共軛匹配，由源內(nèi)阻Rs產(chǎn)生的噪聲輸送給接收機(jī)的噪聲功率為其額定輸出，即：
假設(shè)Ta=290 K，則NRS=-174 dBm／Hz。所以靈敏度可表示為：
在本設(shè)計(jì)中，NF=4．12 dB，B=6 MHz，當(dāng)(SNR)0,min=10 dB時(shí)，由式(5)計(jì)算可得：pin,min=92．08 dBm。接收機(jī)所接收的信號(hào)強(qiáng)弱是變化的，通信系統(tǒng)的有效性取決于它的動(dòng)態(tài)范圍，即高性能的工作所能承受的信號(hào)變化范圍。動(dòng)態(tài)范圍的下限是靈敏度，上限由最大可接受的信號(hào)失真決定。在本設(shè)計(jì)中考慮的是低噪聲放大器的輸入端的動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍可由式(6)得到：
利用式(6)計(jì)算可得：DRf=51．58 dB。
利用ADS軟件對(duì)接收端進(jìn)行S參數(shù)仿真，該仿真可以用于測(cè)量各個(gè)器件的S參數(shù)等。在本仿真中，可以看成是當(dāng)2～3 GHz，以1 MHz為步長(zhǎng)的各個(gè)頻率分量通過該接收端時(shí)，接收端對(duì)各個(gè)頻率分量的增益或衰減大小的仿真。仿真模型及仿真結(jié)果如圖3，圖4所示。
從圖4可以看到接收到的有用射頻信號(hào)和該信號(hào)所對(duì)應(yīng)的鏡像頻率信號(hào)的大小。由于在混頻器前有抑制鏡像頻率信號(hào)的帶通濾波器，所以鏡像頻率信號(hào)與有用射頻信號(hào)相比非常小。如果沒有混頻器前的濾波器則會(huì)出現(xiàn)圖4(b)的仿真結(jié)果。鏡像頻率信號(hào)與混頻器混頻后會(huì)得到與中頻信號(hào)頻率相同的干擾信號(hào)，這一干擾信號(hào)無法通過濾波器移除，這樣就會(huì)形成對(duì)有用信號(hào)的干擾，使信噪比下降。因此在混頻器前放置高Q值的濾波器對(duì)抑制鏡像干擾非常重要。
評(píng)論