美信本年一季度开宣布商用的TD-SCDMA手机射频套片，为TD-SCDMA的商用化进程立下战功。本文在该公司根据此套片的参阅规划基础上，具体探讨了在TD-SCDMA手机射频前端规划中应考虑的一些要害技能问题。
TD-SCDMA与别的两种第三代移动通信规范比较有四大技能特色：双向智能天线技能、反向链路同步技能、反向联合检测技能、动态信道分配技能，其间双向智能天线技能得益于它收发同频。除四大技能特色外，TD-SCDMA还有终端费用低、运营成本低的优势，终端费用低得益于TDD作业形式；运营成本低得益于收发同频，不需求成对频点。
图1：TD-SCDMA手机射频
单元参阅规划功用框图
美信公司新推出的商用TD-SCDMA手机射频套片共有两颗：MAX2507和MAX2392。MAX2507是发射芯片，集成了自模仿I/Q至功放输出的一切电路，首要功用模块有：I/Q正交调制器、混频器、可变增益放大器、功率放大器、射频本振VCO、射频锁相环、中频本振电路、射频功率检波器。MAX2392 是零中频接纳芯片，集成了自低噪声放大器至模仿I/Q输出的一切电路，首要功用模块有：低噪声放大器、I/Q正交解调器、可变增益放大器、信道挑选滤波器、DC-Offset主动去除电路、I/Q起伏主动校准电路、VCO、锁相环。为便使用户规划，MAXIM还提供有完好的参阅规划方案(图1)，该参阅规划的有用射频PCB面积为6.6平方厘米，作业在3-3.6V，可直接由单节锂电池供电。
3GPP针对TD-SCDMA终端规则了许多技能目标，这些目标依据其拟定的目的能够分作三大类：一是为满意体系本身的需求而设定的目标，如发射机输出功率等级、功率操控精度、最小可控发射功率、发射信号调制精度EVM、接纳机活络度、最大可接纳信号起伏、频率稳准度等；二是为反映体系鲁棒性而设定的目标，如接纳机杂散呼应目标、抗单音双音搅扰目标、接纳机邻道挑选性目标ACS等；三是为避免该体系对体系本身或其它体系形成搅扰而设定的目标，如收发信机杂散辐射目标、发射机邻道功率走漏ACLR、发射信号频域模板、发射机互调目标等。关于这些目标的具体论说，请参阅3GPP相关规范。本文以MAXIM参阅规划为例，仅就一些具有挑战性的目标加以评论。
ACLR目标
ACLR目标是为避免发信机对附近频点信道形成搅扰而设定的目标，它也是衡量发射机非线性失真程度的一个重要目标。TD-SCDMA信号归于非恒包络调制，它的成型滤波器是根升余弦滤波器，滚降系数为0.22，因而当通道存在非线性起伏紧缩时，在TD-SCDMA信号频谱两边会发生新的频谱成份，ACLR目标是指落入附近信道的信号与主信道信号功率之比。TD-SCDMA规范规则相邻信道ACLR目标应不大于-33dBc，隔一信道该目标应不大于-43dBc，但当走漏到附近信道的信号功率小于-55dBm时，可不考虑ACLR目标。MAXIM参阅规划在最大发射功率时，邻信道与隔一信道ACLR目标都有较大余量。
MAX2507还有一个特色便是它在小信号发射时，ACLR目标并不是变得十分好，看来是一个缺陷，实践上这恰恰是MAXIM工程师在规划MAX2507时的匠心独运之处。MAX2507确保ACLR目标在一切发射功率电平下均能满意规范要求，且有必定余量的一起，依据发射功率巨细自适应地调整功放偏置电流，这使得该芯片在实践运用中十分省电。
发射信号频谱模板
发射信号频谱模板与ACLR同是为避免发信机对附近频点信道形成搅扰而设定的目标，同是由通道的非线性起伏紧缩而引起的，较ACLR目标比较，该目标更严厉一些。ACLR目标仅仅粗略地规则了再生频谱重量与主信道频谱重量功率之比，而频谱模板则具体规则了再生频谱重量在违背载波0.8MHz至4MHz规模内的相对巨细。假如你测验过一些线性功放，你就会发现有时ACLR目标很好，但却不能满意频谱模板的要求，原因是再生的频谱重量上下两个边带不对称，且边带的形状并不是幻想中的3阶、5阶频谱的叠加形状，其形状之所以较抱负非线性产品频谱有较大差异，是由于它和非线性器材输入输出匹配有关。尽管MAX2507已规划成50欧姆输入输出阻抗以便利客户运用，但实践运用中MAX2507功放前后的电路并不总是很抱负，这样就形成了再生频谱重量的不对称和某些频点处有凸包呈现，以至于不能满意频谱模板的要求。为抵挡该问题，MAXIM在MAX2507内部规划了一个奇妙的电路，经过更改寄存器数值来补偿外部电路的非抱负性，然后能够轻松处理该问题。
图2：交叉调制现象举例
发射信号调制精度EVM
EVM是衡量发射机发射信号调制精度的一个重要目标，需注意的是该目标不是简略界说射频信号的调制精度，而是先将射频信号映射到I/Q平面，然后经过匹配滤波器， 再抽样得到离散的I/Q数值，EVM衡量的是该离散I/Q数值的精度。它与射频信号的精度是不相同的，原因是在求离散I/Q数据点时选用了成型滤波器，在频域上看该滤波器能够将带外噪声按捺掉一些，然后提高了调制精度目标。3GPP规范中还指出在丈量时，应尽或许地调整解调进程中本振的频率和相位，以及采纳一切或许的办法使终究差错最小，这也便是说射频调制信号中有些失真与搅扰将不计入EVM值，这些包含射频通道的线性失真、载波走漏、I/Q正交调制器的移相差错、正交重量与同相重量起伏的不平衡，这样算下来，影响EVM目标的还有两大要素：相位噪声与非线性产品。方程1是一个简化公式用来预算EVM值。
EQ1
其间，ACLR是指相邻信道的ACLR丈量值，Qrms是累积相位差错，9.5是针对TD-SCDMA规范的一个修正值。
为验证方程1是否正确，咱们先使用ESG信号源发生简略的QPSK I/Q信号，这儿码片速率为 1.28M，成型滤波器为0.22滚降系数的根升余弦滤波器，将该信号加到图1所示参阅规划的输入端，调整参阅规划装备使其输出功率为21dBm，这时使用FSIQ测得EVM约等于3.5%，邻信道ACLR为-38.5dBc；接下来咱们移开ESG信号源，将参阅规划的TxI+短接到地，然后在天线端口得到一个正弦波信号，用FSIQ丈量该正弦波的相位噪声，最终核算出1kHz-1MHz规模内累积相位噪声约为1.5度。咱们将上面测验成果代入方程1式得:
EQ2
比较EVM丈量值和核算值，其差错不到一个百分点，可见方程1作为EVM的预算公式仍是很有用的。3GPP规范要求EVM目标不大于17.5%，由上面测验成果能够看到图1所示参阅规划有很大余量。
接纳机活络度与NF
接纳机活络度是一个体系目标，不只接纳机射频通道的功能影响该目标，基带单元的解调算法也会影响该目标，用此目标来直接衡量射频接纳机的功能好坏显着不合适。接纳机射频通道对小信号的恶化首要是加性白噪声的影响，它反响接纳机的噪声系数目标。相位噪声也会影响信号接纳质量，但在小信号时相对加性白噪声的影响则微乎其微，故在此不考虑相位噪声的影响。因而当接纳机基带单元确认的状况下，接纳机活络度信号电平则与整机噪声系数有着直接对应联系。3GPP TR 25.945规范指出只需接纳机噪声系数不大于9dB，整机就应该满意活络度目标(活络度电平为-108dBm)要求，这儿也暗示了如还有问题，则应该是基带解调的问题，与射频接纳机无关。图1所示的参阅规划整机噪声系数约为5.7dB，相对9dB的最低要求有3.3dB余量，因而选用该射频套片的手机其整机活络度应能到达-111dBm。
接纳机非线性目标要求
3GPP TD-SCDMA规范许多目标中有许多与接纳机非线性有关，这些目标归纳起来有两类：一类是为避免小信号时强搅扰形成功能下降而设定的目标，如堵塞、杂散呼应、双音互调；另一类指信号本身起伏太强，这儿仅有一个目标便是最大输入信号电平目标。为活络应对这些目标要求，一起考虑手机的节电要求，MAXIM为接纳芯片MAX2392规划了多种作业形式。MAX2392的低噪声放大器有凹凸两种增益形式，混频器也有两种增益形式，一起混频器的线性度也有两档，这样组合起来MAX2392有四种差异比较显着的形式：HGML、HGHL、MG、LG。HGML指高增益中等线性度形式，这时低噪声放大器处于高增益状况，混频器处于高增益低线性度状况。HGHL指高增益高线性度形式，这时低噪声放大器处于高增益状况，混频器处于高增益高线性度状况。MG指中等增益形式，这时低噪声放大器处于高增益状况，混频器处于低增益状况，与混频器的线性度无关。LG指低增益形式，这时低噪声放大器与混频器都处于低增益状况，与混频器的线性度无关。下面别离就一些具体的非线性目标要求做具体评论。
a)接纳机最大输入信号电平目标。该目标涉及到接纳机的两个问题：接纳机通道增益操控规模，由于该目标规则了天线端口最大输入信号电平，而活络目标规则了最小输入信号电平，咱们总期望基带接口处电平稳定，这就要求通道增益操控规模至少大于这两个目标规则的电平之差；该目标牵扯到的另一个射频通道技能目标便是要求通道在如此大的信号电平下不能发生显着的限幅。针对该目标要求，MAXIM主张将MAX2392置为低增益形式。图1所示参阅规划在低增益形式下测到输入1dB紧缩点为-11.6dBm，而最大输入信号电平为-25dBm，显着能够满意要求。
b)杂散呼应与堵塞目标。杂散呼应首要是针对超外差接纳机提的目标，杂散呼应点也称为寄生频道，它是射频本振与中频的组合频率。与一般堵塞比较，当搅扰落在这些寄生频道上时，它会对体系形成更大的损害。MAX2392是零中频接纳机，所以该问题不显着。堵塞目标又分为频段内堵塞目标与频段外堵塞目标，频段外堵塞目标对体系的影响部分地可由前端射频滤波器处理。堵塞信号对体系的影响有四个方面：倒易混频影响、交叉调制影响、堵塞信号二次项成份的影响、堵塞信号直接透过信道滤波器加到基带单元输入端口形成的影响。倒易混频影响是指搅扰信号与本振边带噪声混频产品对体系的影响，它与本振相位噪声目标有关，与通道非线性目标无关，后文再作具体评论。堵塞信号直接透过信道滤波器形成的影响与信道滤波器的带外按捺特性有关，与通道非线性目标无关，咱们也把这个影响放到后边去评论。
图2是以放大器为例来阐明交叉调制现象，混频器也有交叉调制现象。图2中f1频点处信号能够为是堵塞信号，假定其功率谱密度函数为矩形函数，频点f2处点频信号是所要的信号，由图中看到在输出信号频谱中f2处有三角型频谱呈现，这也便是所说的交叉调制产品，该交叉调制产品巨细与通道三阶截止点有关，当输入堵塞信号为平稳正态进程时，交叉调制产品功率可由方程3算出:
EQ3
即使频点f2处所要的信号不是点频信号，交叉调制产品仍然存在，且电平巨细相同由方程3给出，仅仅这时交叉调制产品的频谱形状不再是三角形，而是三角形与信号功率谱密度函数的卷积。上面得出的公式是根据正态噪声这一假定的，一般搅扰信号与正态噪声比较更挨近恒包络信号，交叉调制产品会小一些，当搅扰信号为恒包络时，交叉调制产品为零。
图3：堵塞信号二次项成份
对体系的影响模型
3GPP规则TD-SCDMA终端当存在一个调制类型的搅扰信号在±4.8MHz处，电平为-49dBm，体系活络度可下降3dB。假如咱们以为活络度下降是由于交叉调制产品所导致的，只需交叉调制产品功率不大于活络度电平常的带内总噪声功率，则该目标就没有问题。假定接纳通道噪声系数为规范所要求的最低目标9dB，由此能够推出该目标所要求的等效三阶截止点，该三阶截止点与输入堵塞信号的频率偏移量有关，由于接纳通道包含信道挑选滤波器。
EQ4
堵塞信号二次项成份对体系的影响模型如图3。堵塞信号的二次失真产品由三部分构成，当堵塞信号为平稳正态进程时，这三部分产品功率持平，功率巨细图3已标出。注目的3中的公式是根据正态噪声这一假定的，一般搅扰信号与正态噪声比较更挨近恒包络信号，低频沟通产品会小一些，当搅扰信号为恒包络时， 低频沟通产品为零。该搅扰模型仅是针对零中频接纳机而言，零中频接纳机可简略等效成一个混频器，混频器输出包含本振频率与输入信号频率的各种组合重量，而该搅扰模型便是输入信号的二次与本振频率零次的组合重量，该组合重量中的低频沟通成份与直流成份刚好落在咱们要的频带内，会影响体系功能。直流成份的影响也便是一般所说的DC-offset，MAX2392有专门的DC-Offset去除电路，而低频沟通成份则无法去除。
3GPP规则TD-SCDMA终端当存在一个调制类型的搅扰信号在±4.8MHz处，电平为-49dBm，体系活络度可下降3dB。假如以为活络度下降是由于堵塞信号二次项成份中的低频沟通产品所导致的，只需该产品不大于活络度电平常的带内总噪声功率，则该目标就没有问题。假定接纳通道噪声系数为规范所要求的最低目标为9dB，由此能够推出该目标所要求的等效二阶截止点，该二阶截止点与输入堵塞信号的频率偏移量有关，由于接纳通道包含信道挑选滤波器。
EQ5
MAX2392有四种作业形式，在没有搅扰并且信号较弱时，主张选用HGML形式；上面堵塞目标所评论的状况应该是信号很弱，并且有较强搅扰，这时主张将MAX2392置为HGHL形式。经过评论咱们得到两个射频通道目标：IP2和IP3，关于IP3，下面所要评论的双音互调目标会有更高要求。方程5给出了堵塞目标所要求的IP2应大于3dBm，图1的参阅规划在该目标上有很大余量。
c)双音互调目标。无论是零中频接纳机仍是超外差接纳机都会面对双音互调搅扰问题。影响该目标的首要是混频器及前面各级有源器材，混频器后边电路因有信道滤波器的原因，对此目标影响不大。3GPP规则TD-SCDMA终端当存在两个搅扰信号，一个为调制类型的搅扰信号，在±6.4MHz处，电平为-46dBm，另一个为点频类型搅扰信号，在±3.2MHz处，电平为-46dBm，体系活络度可下降3dB。假如以为活络度下降是由于互调产品所导致的，只需该产品功率不大于活络度电平常的带内总噪声功率，则该目标就没有问题。假定接纳通道噪声系数为规范所要求的最低目标为9dB，由此能够推出该目标所要求的等效三阶截止点，该三阶截止点与输入搅扰信号的频率偏移量有关，由于接纳通道包含信道挑选滤波器。
EQ6
针对互调按捺目标所评论的状况，MAX2392应设置为HGHL形式，在该形式下，图1所示参阅规划彻底能够满意该目标要求，且有必定余量。
接纳机信道挑选性要求
TD-SCDMA规范规则的与接纳机线性幅频特性有关的目标包含：ACS、堵塞、杂散呼应、交调按捺。堵塞与杂散呼应点远离TD-SCDMA频段时，可经过挑选射频前端的频段滤波器加以处理，关于频段内的堵塞搅扰和杂散呼应点，及双音互调搅扰，是要经过信道滤波器加以滤除。关于超外差结构的接纳机来讲，信道滤波器便是混频器后一般选用的声表面波滤波器。MAX2392是零中频接纳芯片，它的信道滤波器是I/Q支路上的有源低通滤波器，这已集成在芯片内部并且目标很高。ACS是3GPP对接纳机所规则的仅有的一个纯射频技能目标，它直接规则了接纳机信道滤波器对附近信道(±1.6MHz)的按捺程度为33dB。带内堵塞目标规则当±3.2MHz处存在-61dBm的调制搅扰时，或±4.8MHz处存在-49dBm的调制搅扰时，体系活络度答应下降3dB。假如以为活络度下降是由于堵塞搅扰直接透过滤波器加到基带单元输入端口所导致的，而不考虑非线性和倒易混频的影响，只需透过去的搅扰功率不大于活络度电平常的带内总噪声功率，则该目标就没有问题。假定接纳通道噪声系数为规范所要求的最低目标(9dB)，能够推出该目标所要求的信道滤波器带外按捺特性：
EQ7 EQ8
双音互调目标规则的两个搅扰信号，一个是点频搅扰，另一个是己调类型搅扰，点频搅扰其特征显着，基带很简略处理掉，这儿只考虑已调搅扰的影响，按与上面带内堵塞相同的剖析办法可推出：
EQ9
至此，对信道滤波器带外按捺特性咱们有了4个参数，即该滤波器对±1.6MHz通道相对按捺应不小于33dB，对±3.2MHz通道相对按捺应不小于43dB，对±4.8MHz通道相对按捺应不小于55dB，对±6.4MHz通道相对按捺应不小于58dB。MAX2392信道挑选滤波器目标远远高于上述四点要求，关于滤波器的频响特性曲线请参阅MAX2329数据手册。
相位噪声
TD-SCDMA规范没有明确提出收发信机相位噪声目标，但规范规则的许多其它目标与相位噪声有关：发射信号调制精度EVM目标与发通道锁相环的相位噪声有关，方程1给出了它们之间的联系，其实EVM首要仍是由非线性目标所决议的，除非锁相环目标太差；接纳机活络度与接纳通道本振相位噪声目标有关，但活络度目标对相位噪声要求不高，即使是16QAM信号也是相同，影响活络度的首要仍是加性白噪声；频率稳准度目标与收发锁相环目标均有关。频率稳准度目标好像在讲频率精确度问题，但细心揣摩一下规范规则的测验办法，就会理解频率稳准度目标与噪声系数、接纳发射通道本振相位噪声、基带单元频率估值算法有关。该目标首要取决于基带算法和发射通道锁相环相位噪声，图1所示参阅规划中发射芯片MAX2507的锁相环是∑-△型锁相环，相位噪声目标十分高；堵塞目标、双音互调目标与接纳通道本振相位噪声目标有关。堵塞目标、双音互调目标对体系的影响有一个途径便是倒易混频。在堵塞按捺目标和双音互调目标中都说到答应接纳机活络度下降3dB，假如以为活络度下降的原因全部是由倒易混频产品导致的，则只需该产品功率不大于活络度电平常的带内总噪声功率，该目标就没有问题。仍假定接纳通道噪声系数为规范所要求的最低目标(9dB)，能够导出一个约束本振远端噪声底的目标:
EQ10
在堵塞及双音互调目标中说到的最大搅扰功率为-46dBm点频信号，违背有用信号中心为3.2MHz，将该值代入上式，得到关于接纳机本振相噪的一个目标：本振相位噪声在违背中心3.2MHz外，有必要优于-119dBc/Hz。MAX2392在该点处的相位噪声远优于此最低要求。
零中频接纳机与DC-Offset
凡是零中频接纳机都有DC-offset问题，DC-offset的发生有这样几个原因：本振自混、混频器偶次项非线性失真产品、平衡混频器正反导游通时刻不持平、平衡混频器负载不平衡等。不管是怎样发生的，重点是去除该直流偏移量。关于一个电路来说，它要除掉直流重量而保存沟通重量，那么它必定是一个高通型滤波器，应该怎么规划这一高通滤波器，又怎么便利地调整滤波器参数？一般有三种状况：一是选用固定高通滤波器，以不变应万变，其长处是简略，缺陷是呼应时刻长；二是选用一个高拐点的高通滤波器，该滤波器仅仅在特定时刻起作用，呼应速度快，呼应完后电路记住其呼应终值，然后使用该终值去抵消通道上的直流偏移量，其缺陷是环境改动后，记载的曾经的呼应终值无法抵消直流偏移量；三是活络改动高通滤波器的拐点，很显着它归纳了上述两种办法的长处。
