TD-SCDMA手機(jī)射頻前端設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)

發(fā)射信號(hào)調(diào)制精度EVM

EVM是衡量發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)調(diào)制精度的一個(gè)重要指標(biāo)，需注意的是該指標(biāo)不是簡(jiǎn)單定義射頻信號(hào)的調(diào)制精度，而是先將射頻信號(hào)映射到I/Q平面，然后經(jīng)過(guò)匹配濾波器， 再抽樣得到離散的I/Q數(shù)值，EVM衡量的是該離散I/Q數(shù)值的精度。它與射頻信號(hào)的精度是不一樣的，原因是在求離散I/Q數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)采用了成型濾波器，在頻域上看該濾波器可以將帶外噪聲抑制掉一些，從而提高了調(diào)制精度指標(biāo)。3GPP標(biāo)準(zhǔn)中還指出在測(cè)量時(shí)，應(yīng)盡可能地調(diào)整解調(diào)過(guò)程中本振的頻率和相位，以及采取所有可能的措施使最終誤差最小，這也就是說(shuō)射頻調(diào)制信號(hào)中有些失真與干擾將不計(jì)入EVM值，這些包括射頻通道的線(xiàn)性失真、載波泄漏、I/Q正交調(diào)制器的移相偏差、正交分量與同相分量幅度的不平衡，這樣算下來(lái)，影響EVM指標(biāo)的還有兩大因素：相位噪聲與非線(xiàn)性產(chǎn)物。方程1是一個(gè)簡(jiǎn)化公式用來(lái)估算EVM值。

EQ1

其中，ACLR是指相鄰信道的ACLR測(cè)量值，Qrms是累積相位誤差，9.5是針對(duì)TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)修正值。

為驗(yàn)證方程1是否正確，我們先利用ESG信號(hào)源產(chǎn)生簡(jiǎn)單的QPSK I/Q信號(hào)，這里碼片速率為 1.28M，成型濾波器為0.22滾降系數(shù)的根升余弦濾波器，將該信號(hào)加到圖1所示參考設(shè)計(jì)的輸入端，調(diào)整參考設(shè)計(jì)配置使其輸出功率為21dBm，這時(shí)利用FSIQ測(cè)得EVM約等于3.5%，鄰信道ACLR為-38.5dBc；接下來(lái)我們移開(kāi)ESG信號(hào)源，將參考設(shè)計(jì)的TxI+短接到地，從而在天線(xiàn)端口得到一個(gè)正弦波信號(hào)，用FSIQ測(cè)量該正弦波的相位噪聲，最后計(jì)算出1kHz-1MHz范圍內(nèi)累積相位噪聲約為1.5度。我們將上面測(cè)試結(jié)果代入方程1式得:

EQ2

比較EVM測(cè)量值和計(jì)算值，其誤差不到一個(gè)百分點(diǎn)，可見(jiàn)方程1作為EVM的估算公式還是很有效的。3GPP標(biāo)準(zhǔn)要求EVM指標(biāo)不大于17.5%，由上面測(cè)試結(jié)果可以看到圖1所示參考設(shè)計(jì)有很大余量。

接收機(jī)靈敏度與NF

接收機(jī)靈敏度是一個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)，不僅接收機(jī)射頻通道的性能影響該指標(biāo)，基帶單元的解調(diào)算法也會(huì)影響該指標(biāo)，用此指標(biāo)來(lái)直接衡量射頻接收機(jī)的性能好壞顯然不合適。接收機(jī)射頻通道對(duì)小信號(hào)的惡化主要是加性白噪聲的影響，它反應(yīng)接收機(jī)的噪聲系數(shù)指標(biāo)。相位噪聲也會(huì)影響信號(hào)接收質(zhì)量，但在小信號(hào)時(shí)相對(duì)加性白噪聲的影響則微乎其微，故在此不考慮相位噪聲的影響。因此當(dāng)接收機(jī)基帶單元確定的情況下，接收機(jī)靈敏度信號(hào)電平則與整機(jī)噪聲系數(shù)有著直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。3GPP TR 25.945標(biāo)準(zhǔn)指出只要接收機(jī)噪聲系數(shù)不大于9dB，整機(jī)就應(yīng)該滿(mǎn)足靈敏度指標(biāo)(靈敏度電平為-108dBm)要求，這里也暗示了如還有問(wèn)題，則應(yīng)該是基帶解調(diào)的問(wèn)題，與射頻接收機(jī)無(wú)關(guān)。圖1所示的參考設(shè)計(jì)整機(jī)噪聲系數(shù)約為5.7dB，相對(duì)9dB的最低要求有3.3dB余量，因此采用該射頻套片的手機(jī)其整機(jī)靈敏度應(yīng)能達(dá)到-111dBm。

接收機(jī)非線(xiàn)性指標(biāo)要求

3GPP TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)眾多指標(biāo)中有很多與接收機(jī)非線(xiàn)性有關(guān)，這些指標(biāo)歸納起來(lái)有兩類(lèi)：一類(lèi)是為防止小信號(hào)時(shí)強(qiáng)干擾造成性能下降而設(shè)定的指標(biāo)，如阻塞、雜散響應(yīng)、雙音互調(diào)；另一類(lèi)指信號(hào)自身幅度太強(qiáng)，這里僅有一個(gè)指標(biāo)就是最大輸入信號(hào)電平指標(biāo)。為靈活應(yīng)對(duì)這些指標(biāo)要求，同時(shí)考慮手機(jī)的節(jié)電要求，MAXIM為接收芯片MAX2392設(shè)計(jì)了多種工作模式。MAX2392的低噪聲放大器有高低兩種增益模式，混頻器也有兩種增益模式，同時(shí)混頻器的線(xiàn)性度也有兩檔，這樣組合起來(lái)MAX2392有四種區(qū)別比較明顯的模式：HGML、HGHL、MG、LG。HGML指高增益中等線(xiàn)性度模式，這時(shí)低噪聲放大器處于高增益狀態(tài)，混頻器處于高增益低線(xiàn)性度狀態(tài)。HGHL指高增益高線(xiàn)性度模式，這時(shí)低噪聲放大器處于高增益狀態(tài)，混頻器處于高增益高線(xiàn)性度狀態(tài)。MG指中等增益模式，這時(shí)低噪聲放大器處于高增益狀態(tài)，混頻器處于低增益狀態(tài)，與混頻器的線(xiàn)性度無(wú)關(guān)。LG指低增益模式，這時(shí)低噪聲放大器與混頻器都處于低增益狀態(tài)，與混頻器的線(xiàn)性度無(wú)關(guān)。下面分別就一些具體的非線(xiàn)性指標(biāo)要求做詳細(xì)討論。

a)接收機(jī)最大輸入信號(hào)電平指標(biāo)。該指標(biāo)涉及到接收機(jī)的兩個(gè)問(wèn)題：接收機(jī)通道增益控制范圍，因?yàn)樵撝笜?biāo)規(guī)定了天線(xiàn)端口最大輸入信號(hào)電平，而靈敏指標(biāo)規(guī)定了最小輸入信號(hào)電平，我們總希望基帶接口處電平恒定，這就要求通道增益控制范圍至少大于這兩個(gè)指標(biāo)規(guī)定的電平之差；該指標(biāo)牽扯到的另一個(gè)射頻通道技術(shù)指標(biāo)就是要求通道在如此大的信號(hào)電平下不能發(fā)生明顯的限幅。針對(duì)該指標(biāo)要求，MAXIM建議將MAX2392置為低增益模式。圖1所示參考設(shè)計(jì)在低增益模式下測(cè)到輸入1dB壓縮點(diǎn)為-11.6dBm，而最大輸入信號(hào)電平為-25dBm，顯然可以滿(mǎn)足要求。

b)雜散響應(yīng)與阻塞指標(biāo)。雜散響應(yīng)主要是針對(duì)超外差接收機(jī)提的指標(biāo)，雜散響應(yīng)點(diǎn)也稱(chēng)為寄生頻道，它是射頻本振與中頻的組合頻率。與一般阻塞相比，當(dāng)干擾落在這些寄生頻道上時(shí)，它會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成更大的危害。MAX2392是零中頻接收機(jī)，所以該問(wèn)題不明顯。阻塞指標(biāo)又分為頻段內(nèi)阻塞指標(biāo)與頻段外阻塞指標(biāo)，頻段外阻塞指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)的影響部分地可由前端射頻濾波器解決。阻塞信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響有四個(gè)方面：倒易混頻影響、交叉調(diào)制影響、阻塞信號(hào)二次項(xiàng)成份的影響、阻塞信號(hào)直接透過(guò)信道濾波器加到基帶單元輸入端口造成的影響。倒易混頻影響是指干擾信號(hào)與本振邊帶噪聲混頻產(chǎn)物對(duì)系統(tǒng)的影響，它與本振相位噪聲指標(biāo)有關(guān)，與通道非線(xiàn)性指標(biāo)無(wú)關(guān)，后文再作詳細(xì)討論。阻塞信號(hào)直接透過(guò)信道濾波器造成的影響與信道濾波器的帶外抑制特性有關(guān)，與通道非線(xiàn)性指標(biāo)無(wú)關(guān)，我們也把這個(gè)影響放到后面去討論。

圖2是以放大器為例來(lái)說(shuō)明交叉調(diào)制現(xiàn)象，混頻器也有交叉調(diào)制現(xiàn)象。圖2中f1頻點(diǎn)處信號(hào)可認(rèn)為是阻塞信號(hào)，假定其功率譜密度函數(shù)為矩形函數(shù)，頻點(diǎn)f2處點(diǎn)頻信號(hào)是所要的信號(hào)，由圖中看到在輸出信號(hào)頻譜中f2處有三角型頻譜出現(xiàn)，這也就是所說(shuō)的交叉調(diào)制產(chǎn)物，該交叉調(diào)制產(chǎn)物大小與通道三階截止點(diǎn)有關(guān)，當(dāng)輸入阻塞信號(hào)為平穩(wěn)正態(tài)過(guò)程時(shí)，交叉調(diào)制產(chǎn)物功率可由方程3算出:

EQ3

即便頻點(diǎn)f2處所要的信號(hào)不是點(diǎn)頻信號(hào)，交叉調(diào)制產(chǎn)物依然存在，且電平大小同樣由方程3給出，只是這時(shí)交叉調(diào)制產(chǎn)物的頻譜形狀不再是三角形，而是三角形與信號(hào)功率譜密度函數(shù)的卷積。上面得出的公式是基于正態(tài)噪聲這一假設(shè)的，一般干擾信號(hào)與正態(tài)噪聲相比更接近恒包絡(luò)信號(hào)，交叉調(diào)制產(chǎn)物會(huì)小一些，當(dāng)干擾信號(hào)為恒包絡(luò)時(shí)，交叉調(diào)制產(chǎn)物為零。

圖3：阻塞信號(hào)二次項(xiàng)成份對(duì)系統(tǒng)的影響模型