討論差分信號(hào)鏈在3G和4G無(wú)線應(yīng)用中的性能和優(yōu)點(diǎn)

通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要挑戰(zhàn)之一是如何成功捕獲高保真度信號(hào)。

為了避免強(qiáng)干擾效應(yīng)、信號(hào)失真和靈敏度降低，蜂窩通信系統(tǒng)必須滿(mǎn)足蜂窩標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，比如具有高動(dòng)態(tài)范圍、高輸入線性度和低噪聲的碼分多址(CDMA)和寬帶CDMA(W-CDMA)。

過(guò)去，一些實(shí)踐性問(wèn)題常導(dǎo)致完全差分信號(hào)鏈的性能優(yōu)勢(shì)被單端信號(hào)鏈所掩蓋，但隨著集成射頻電路技術(shù)和高性能差分射頻構(gòu)建模塊的不斷發(fā)展，如今差分架構(gòu)已能應(yīng)用于高性能接收機(jī)設(shè)計(jì)中。本文將討論差分信號(hào)鏈在3G和4G無(wú)線應(yīng)用中的性能和優(yōu)點(diǎn)。

接收機(jī)信號(hào)鏈

圖1是傳統(tǒng)超外差接收機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它很好地描述了差分信號(hào)鏈相對(duì)單端信號(hào)鏈的優(yōu)勢(shì)。不管采用什么拓?fù)洌�我們的目�?biāo)就是將所需信號(hào)成功發(fā)送到ADC端進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)化。信號(hào)路徑由以下幾個(gè)射頻模塊組成：天線、濾波器、低噪聲放大器(LNA)、混頻器、ADC驅(qū)動(dòng)放大器和ADC。

圖1：接收機(jī)在不斷發(fā)展，越來(lái)越多的接收機(jī)將使用差分元件。這個(gè)趨勢(shì)開(kāi)始于ADC，并將逐漸向信號(hào)鏈上游移動(dòng)。先進(jìn)的集成射頻電路技術(shù)和差分射頻構(gòu)建模塊的擴(kuò)充允許差分架構(gòu)應(yīng)用于高性能接收機(jī)設(shè)計(jì)。

LNA是天線之后的第一個(gè)模塊，用于放大熱噪聲之上的信號(hào)。這級(jí)電路中的噪聲非常重要，因?yàn)樗鼘�決定系統(tǒng)靈敏度，而放大可以確保隨后的混頻器和放大器不會(huì)增加顯著的噪聲。沿信號(hào)路徑往后是帶通濾波器，用于抑制帶外信號(hào)，減少由其它電路級(jí)引起的失真和噪聲。

跟隨LNA之后，混頻器頻率轉(zhuǎn)換感興趣的信號(hào)，將高頻射頻信號(hào)下變頻至頻率更低、更易于管理的中頻信號(hào)(IF)。ADC驅(qū)動(dòng)放大器和抗混濾波器(AAF)對(duì)將要數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。驅(qū)動(dòng)器提供增益，AAF抑制第一奈奎斯特區(qū)外的信號(hào)，包括將會(huì)發(fā)送給ADC的噪聲和帶外雜散分量。在模擬信號(hào)路徑末端，由ADC完成基帶信息的數(shù)字轉(zhuǎn)換。

理想情況下，只有感興趣的信號(hào)(圖1左邊的藍(lán)色圖形)才會(huì)被傳送到數(shù)字域。需要使用一個(gè)魯棒系統(tǒng)來(lái)處理這個(gè)可能很小的目標(biāo)信號(hào)，同時(shí)抑制可能較大的干擾信號(hào)。魯棒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，需要具有高靈敏度、輸入線性、選擇性和抗噪聲性能。根據(jù)具體的應(yīng)用和架構(gòu)，性能指標(biāo)可能有所變化，但在大多數(shù)通信系統(tǒng)中，像失真、本底噪聲和動(dòng)態(tài)范圍等都是通常要考慮的要素。輸入三階截取點(diǎn)(IP3)和1dB壓縮點(diǎn)(P1dB)必須高。其它需要考慮的因素還包括低成本、低功耗和小尺寸。

差分優(yōu)勢(shì)

圖2比較了單端信號(hào)和差分信號(hào)之間的基本區(qū)別。這里使用了一個(gè)通用增益模塊，但相同的概念可應(yīng)用于信號(hào)鏈中的混頻器和其它器件。在比較單端和差分信號(hào)時(shí)，要將系統(tǒng)級(jí)性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)牢記在心，以實(shí)現(xiàn)良好的總體接收機(jī)設(shè)計(jì)。

圖2：差分信號(hào)固有的抵消優(yōu)勢(shì)可抵抗噪聲和干擾，同時(shí)提供偶次諧波的抵消作用。