超外差式无线接收设计简析

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接收机是无线系统里面一个十分重要的部分,从某种程度上讲,它的重要性比发射机更具备代表意义,因为它决定了无线系统的最终覆盖性能。

在实际的工程设计中,我们往往会走入一个误区:一味的追求发射机的最大性能,却忽略了接收机对系统整
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首先看2个因接收机性能差影响体验的案例:
1)在WIFI远距离覆盖中,业务终端能够扫描到很强型号的SSID,但是却无法连接网络访问网络资源;
2)当多用户终端接入无线网络时,导致之前正常连接的网络断线,无法上网。

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切入正题,上图所示是接收器部分的内部设计架构,在早期的接收系统里面,这些BLOCK用分立单元设计,但是随着IC的制作工艺提高,很多block被集成到了IC内部。通常一款设计优秀的接收机必须拥有良好的接收灵敏度[RX sensitivity],并且内部的噪声[Noise]和失真要小。

这里主要探讨的是接收机里面的2个重要的参数:级联噪声系数[NF]和系统线性度。

1.级联噪声系数[NF]
级联噪声系数的表达式如下:
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系统的失真,一般LNA的线性度是系统失真的主要原因。但是由于LNA的供电电压和元器件的非线性等特点,往往存在输出信号会被扭曲的失真现象,常见的非线性失真的作用有3点:产生高阶谐波,增益饱和,交互调变。

通常用级联三阶交互调截取点[IP3]来表征这个失真的概念,表达式如下:
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等于三阶失真产物的功率。

此外,IP3也可以指级的输入功率电平,此时我们称之为输入三阶交调截取点(IIP3);也可以指级的输出功率电平, 此时称之为输出三阶交调截取点(OIP3)。在执行级联分析时,需使用级联中每级的 IIP3或OIP3。

关于三阶交互调[IIP3 & OIP3]: 假设通信链路系统里面有2个等幅度不同频率的信号S1和S2经过接收机输入,输出的信号除了在各自频率点输出放大信号,还会在2w1-w2,2w2-w1等2个频点产生信号,具体如下:
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当输入的信号S1和S2幅度很小时,三阶交互作用产生的信号远远小于基频信号的线性输出功率,所以此时对系统的影响可以忽略不计。当输入的信号S1和S2幅度不断增大时,三阶交互产生的信号会以3次方的速度快速增加,它的速度快于线性增加速度。此时,对于基频信号而言,底噪迅速抬高,就会产生前文所说的第2种应用场景。IIP3和OIP3的关系可以用基频信号的延长线和三阶交互调的延长线交点对应的坐标表示。
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