本文介绍了规划一个数字播送接纳机的基础知识。有许多新的数据转化器
和无线技能的开展，杂乱的接纳机规划大大简化。本文企图解说怎么核算这种接纳机的灵敏度和挑选性。它决不是一个翔实的论述，而是一个底漆等许多技能和核算参加规划。
许多无线电规划和架构的前进现在答应快速改变无线电范畴的规划。这些改变答应削减规划、本钱、杂乱性和前进制作运用数字组件替换不可靠和精确地模仿组件。要完成这一方针，许多先进的半导体规划和制作要求，在曩昔的几年里取得作用。其间一些发展包含更好的集成搅拌机，LNA、改进看到过滤器、低本钱高功用adc和可编程数字调谐器和过滤器。
收音机是什么?
传统上，无线电现已被认为是“盒子”，连接到天线和背面的全部，可是，许多体系规划划分为两个独立的子体系。播送和数字处理器。切割，收音机的意图是下转化和过滤所需的信号，然后数字化信息。相同，数字处理器的意图是将数字化数据，提取出所需的信息。
需求了解很重要的一点是，数字接纳机不相同的数字无线电(调制)。事实上，数字接纳机将做一个超卓的作业在接纳AM和FM等任何模仿信号。数字接纳机能够接纳任何类型的调制包含任何模仿或数字调制标准。此外，由于数字处理器的中心是一个数字信号处理器(DSP)，这使得整个无线电接纳机自身的许多方面是经过软件操控。因而，这些需求方能够重组与晋级或新功用在客户细分的基础上，一切运用相同的硬件。可是，这自身是一个完好的评论，而不是本文的要点。
本文的要点是收音机以及怎么猜测/规划功用。将评论下列主题：
可用的噪声功率
级联噪声图
图和adc噪声
转化增益和敏感性
ADC虚伪信号和高频振荡
三阶截点
ADC时钟颤动
相位噪声
IP3的射频部分
单载波和依据
有两种根本类型的收音机正在评论。榜首个被称为单载波和第二个依据接纳机它们的姓名所暗示的显着，可是其功用或许不是彻底清楚。单载波接纳机是一种传统的无线电接纳机中挑选性的模仿滤波器假如阶段。依据接纳者进程内的一切信号频带与一个射频/模仿地带和派生挑选性数字滤波器中遵从模仿到数字转化器。这样一个接纳器的长处是，在运用程序与多个接纳器调理到不同的频率在同一个乐队能够完成更小的体系规划和下降本钱，由于消除了冗余电路。一个典型的运用程序是一个细胞/无线本地环路体系基站。另一个运用程序能够监督接纳器一般运用扫描器监督多个频率。这个运用程序答应一起监测的频率而不需求次序扫描。
典型的单载波接纳机
典型的依据接纳机
完成一个数字播送接纳机的长处
之前的具体评论规划一个数字播送接纳机进行了评论，需求评论的一些技能的长处。包含过采样、处理增益，采样、频率规划/影响方位。这些供给技能优势与传统无线电接纳机规划不能够完成的。
在采样和处理增益
奈奎斯特原则细密地决议了任何给定信号所需的采样率。许多时分，奈奎斯特率是征引的采样率最高频率重量的两倍。这意味着假如抽样程序在70 MHz，采样率140 m / s的一个需求。假如咱们的信号只占5 MHz约70 MHz，然后抽样140议员是糟蹋。相反，奈奎斯特要求采样信号的两倍 带宽的信号。因而，假如咱们的信号带宽5 MHz，然后抽样10 MHz是满意的。任何超出这叫做取样。过采样是一个十分重要的功用，由于它答应一个有用的接纳信噪比增益在数字域。
在比照抽样抽样下的行为。在抽样的抽样频率远低于一半的实践信号频率采样(请参阅下面的部分)。因而，它是或许的过采样，采样一起自界说对带宽和另一个频率的爱好。
在任何数字化进程中，信号采样的速度，噪声越低地板由于噪音涣散到更多的频率。总集成噪声频率坚持不变，但现在涣散到更多的长处假如ADC后跟一个数字滤波器。噪声地板遵从方程：
这个方程标明转化器的量化噪声水平，显现了噪音和FS样本率之间的联系。因而每次采样率翻倍，有用的噪声层前进了3 dB !
数字滤波的作用是去除一切不必要的噪声和伪信号，只留下如下所示数据所需的信号。
典型的数字滤波前ADC频谱
典型的数字滤波后ADC频谱
能够大大前进信噪比的ADC如上图中所示。事实上，信噪比能够前进经过以下方程：
如图所示，比率越大采样率和信号带宽、处理增益越高。事实上，涨幅高达30 dB是能够完成的。
采样频率转化
如前所述，在抽样的抽样的频率远低于实践的信号频率的一半。例如，一个70 MHz的信号采样在13个议员欠采样的一个比如。
下采样很重要，由于它能够混合函数十分类似。当信号在采样时，别号为基带或榜首奈奎斯特频率区，如同他们在基带。例如，咱们的70 MHz以上信号采样时13议员将呈现在5 MHz。这在数学上能够描绘：
这个方程供给了导致榜首和第二奈奎斯特频率区。自从ADC别号榜首奈奎斯特的一切信息区，这个方程生成的成果有必要查看是否高于fSampleRate / 2。假如它们，那么有必要并入榜首奈奎斯特频率区由fSampleRate减去成果。
下面的表显现了怎么别号为基带信号及其频谱取向。虽然抽样的进程(混杂)是不同的混合(乘法)，成果十分类似，但周期性的采样率。另一个现象是，光谱的反转。在搅拌机中，某些产品成为了在抽样进程中如上下边带反转。下面的表格还显现状况下导致光谱的反转。
频率规划和影响作业
规划无线架构时最大的应战之一是假如频率方位。加重这个问题是驱动放大器和adc往往发生不必要的谐波，呈现在数字频谱数据的转化，呈现过错的信号。是否请求宽带，细心挑选的样本率和频率是否能将这些热刺在方位，运用时将???现他们无害的数字调谐器/过滤器，和AD6620相同，能够挑选感爱好的信号和回绝一切其他人。一切这全部是好的，由于经过细心挑选输入频率规模和采样率，驱动放大器和ADC谐波能够被放置带外。过采样谐波频谱只简化问题经过供给更多的落在。
例如，假如第二个和第三个谐波决计特别高，经过细心挑选的模仿信号的采样率，这些第二和第三次谐波能够放置带外。的状况下编码率等于40.96议员和一个信号带宽5.12 MHz，将5.12和10.24兆赫之间假如当地第2次和第三次谐波带如下表所示。虽然这是一个十分简略的比如，它能够适宜许多不同的运用程序。
能够看到，第二个和第三个谐波脱离乐队感爱好的下降，导致没有搅扰的根本组件。应该指出的是，秒，三分之二彼此堆叠和周围的三分之二别号FS / 2。这看起来如下所示的表格。
另一个比如能够发现在欠采样频率规划。假如模仿输入信号规模从直流到f / 2的放大器和滤波器组合有必要履行的标准要求。可是，假如信号是放在第三尼奎斯特区(FS – 3 f / 2)、放大器不再需求满意谐波体系要求的功用标准，由于一切谐波会在通带滤波器。例如，通带滤波器将从FS 3 f / 2。二次谐波将跨度从2 fs 3 fs，通频带过滤器规模外。然后担负现已过了ADC的滤波器规划供给契合根本标准在感爱好的频率。在许多运用程序中，这是一个有价值的权衡，由于许多杂乱的过滤器能够很简略地完成运用了和电感电容电阻丈量技能都在这些假如频率相对较高。虽然谐波驱动放大器的功用由这种技能，轻松互调功用不能献身。
运用这种技能使谐波超出奈奎斯特感爱好的区域让他们很简略过滤如上所示。可是，假如ADC依然生成自己的谐波，之前评论的技能能够用来细心挑选采样率和模仿频率谐波落入未运用部分的带宽和数字滤波。
接纳机功用的希望
带着这些主意，怎么确认电台的功用和权衡。许多技能从传统的无线电规划能够作为所示。鄙人面评论，有一些差异多通道和单通道收音机。这些将会指出。记住，这个评论是不完好和许多区域un-touched脱离了。额定的阅览主题，参阅本文结尾处的参阅资料之一。此外，这个评论仅掩盖数据送到DSP。许多接纳器运用专有方案进一步前进功用经过额定的噪音按捺和外差消除。
鄙人面的评论中，通用接纳机规划如上所示。考虑这个评论始于天线和以数字调谐器/过滤器。除了这一点是数字处理器超出了本文的规模。
剖析始于几个假定。首要，它假定接纳机噪声是有限的。是，不存在热刺inband，不然约束功用。它是合理的假定瞧，假如能够挑选，这是真的。此外，它将生成之后，马刺把家ADC一般不是一个问题，由于他们的运用程序一般能够消除颤动或经过明智地运用过采样和信号方位。在某些状况下，这些或许是不实践的假定，但它们的确供给了一个起点的功用约束能够板凳符号。
第二个假定是，接纳机前端的带宽是咱们的奈奎斯特带宽。虽然咱们的实践分配的带宽或许仅仅5 MHz，运用奈奎斯特带宽将简化核算。因而，采样率65 m / s的一个会给奈奎斯特带宽为32.5 MHz。
可用的噪声功率
开端剖析，有必要考虑噪声天线端口。由于一个匹配适宜的天线是显着的电阻，下列方程可用于确认噪声电压匹配输入终端。
可用功率从源，在这种状况下，天线就在这儿：
这简化了在前面的方程替代：
因而在实践中，可用的噪声功率从源的阻抗在本例中是独立的非零和有限的阻力值。
这很重要，由于这是咱们的参阅点接纳机比较。一般标明在处理噪声图的一个阶段，它的展品“x”dB以上kT的噪音。这是这个表达式的来历。
经过接纳器彼此前进的阶段，这个噪音噪音退化图如下所述的阶段。终究，当频道调和谐过滤，噪音是删去，只留下那些谎话在感爱好的频道。
级联噪声图
噪声图是图的长处用于描绘添加到多少噪音信号接纳链的收音机。一般，它是数据库中指定虽然噪声指数的核算，数值份额(值得)。nonlog称为噪声系数，一般标明为F，界说如下所示。
一次噪声图被分配给每个阶段的播送，能够用它们来决议他们的级联的扮演。总的噪声系数参阅输入端口能够核算如下。
F的以上的噪声要素的每个接连阶段的收益是G的阶段。噪声系数或收益都以日志办法。当这个方程，这反映了一切组件噪音到天线端口。因而，可用的噪音从一节运用噪声图能够直接退化。
例如，假如可用的噪音是-100 dBm，核算噪声图是10 dB，然后转化增益是20 dB，总等效噪声是-70 dBm的输出。
有几个点时要考虑运用这些方程。首要，被迫元件假定噪声图等于他们的丢失。其次，被迫元件串联能够总结之前的方程。例如，假如两个低通滤波器串联，每个3 dB的插入损耗，他们或许单一元素的组合和假定为6 dB。终究，搅拌机往往没有一个噪声图由制作商分配给他们。假如未指定，则插入损耗或许被运用，可是，假如噪声图供给的设备，应该运用它。
噪音数据和adc
虽然图能够分配给ADC噪声，一般简略ADC以不同的办法作业。ADC是电压设备，而噪声图是一个噪声功率的问题。因而，它往往是简略作业模仿部分的ADC噪声图，然后在ADC转化为电压。然后作业ADC的噪声输入参阅电压。然后，从模仿和ADC噪声能够被总结在ADC输入找到总有用的噪声。
关于这个运用程序，ADC如AD9042或AD6640 12位模仿数字转化器被选中。这些产品采样65 m / s的能够，速度适宜整个乐队安培数字化和GSM 5 x参阅时钟频率的才能。这是安培捉襟见肘，GSM和CDMA运用程序。从数据表，给出了典型的信噪比是68分贝。因而，下一步便是图中的噪声下降接纳机由于ADC噪声。再一次，最简略的办法是将信噪比和接纳机噪声转化为rms。伏，然后和他们总均方根。噪音。假如ADC 2伏特峰间输入规模：
这个电压代表ADC中的一切声响、热和量化。ADC的满刻度规模。707伏特rms。
ADC的等效输入噪声核算，下一个核算从接纳机自身发生的噪声。由于咱们假定接纳机带宽是奈奎斯特带宽、采样率65 m / s的一个出产32.5 MHz的带宽。从可用的噪声功率方程，模仿前端的噪声功率是134.55或-98.7 dBm e15瓦特。这是噪音到会了天线，有必要取得由转化增益和噪声图退化。假如转化增益是25 dB和图5分贝的噪音，然后给出的噪声ADC输入网络：
到50欧姆(134.9 e-12瓦)。自从ADC输入阻抗约为1000欧姆，咱们有必要匹配标准50欧姆阻抗或垫ADC阻抗。一个合理的退让是垫到200欧姆规模并联电阻，然后运用1:4变压器匹配。变压器也un-balanced输入转化为所需的平衡信号ADC以及供给一些电压增益。由于有一个1:4阻抗添加，还有一个2的电压增益的进程。
从这个方程，咱们50欧姆电压平方6.745 e-9或为200欧姆，26.98 e-9。
现在咱们知道噪音从ADC和射频前端，能够核算体系的总噪声的平方和的平方根。总电压是325.9紫外线。现在的总噪声中ADC由于接纳机噪声和ADC噪声，包含量化噪声。
转化增益和敏感性
这噪声电压有助于整个ADC的功用?假定只呈现在一个射频信号接纳机带宽。然后，信噪比是：
由于这是一个过采样运用和实践信号带宽远小于采样率、噪声数字滤波将大大下降一次。由于前端带宽是相同的??们的ADC带宽，ADC噪声和射频/假如噪音以相同的速度将会前进。由于许多狭隘的通道带宽通讯标准支撑，咱们假定一个30千赫通道。因而，咱们从进程中取得33.4 dB的增益。因而，咱们开始的信噪比为66.7 dB现在100.1 dB。记住，信噪比添加由于过量噪音过滤，这是进程取得的来历。
图8 等功率载波
假如这是一个依据播送、ADC动态规模有必要与其他射频运营商同享。例如，假如有八个运营商的相等权利，每个信号应该不大于1/8th总规模假如峰间信号。可是，由于一般的信号与另一个阶段在一个接纳器(由于遥控器不是锁相)，信号将会简直从不对齐。因而，远低于所需的18分贝是必需的。由于在实践中，只要不超越2信号将在任何时刻，由于他们是调制信号，只会留给3 dB顶部空间的意图。假如信号对齐，导致编排的转化器，它将呈现之前，只要一小部分第二超速条件铲除。在一个载波播送，不需求头的房间。
依据调制方案，所需最低C / N是满意的解调。假如方案数字，误比特率(BER)有必要考虑如下所示。假定最小C / N的10 dB是必需的，咱们的输入信号电平不能太小，剩余的信噪比小于10 dB。因而咱们的信号电平或许跌落90.1 dB从现在水平。自从ADC的全面规模+ 4 dBm(200欧姆)，然后在ADC输入信号电平-86.1 dBm。假如有25 dB的增益在射频/假如途径，然后在天线接纳机灵敏度将-86.1 – 25 dB或-111.1 dBm。假如需求更多的敏感性，然后更多的取得能够运行在射频/假如阶段。可是，噪声图不是独立的取得和增益的添加也或许对噪声功用有晦气影响从额定的阶段。
图14比特误码率与信噪比
ADC虚伪信号和高频振荡
噪声约束的比如并不充沛展现实在的约束在一个接纳器。等局限性SFDR比信噪比的约束和噪音。假定模仿-数字转化器的SFDR标准-80 dBFS或-76 dBm(全面= + 4 dBm)。还假定容许载波搅扰，C / I(不同C / N)比18分贝。这意味着最小信号电平是-62 dBFS(-80 + 18)或-58 dBm。天线，这是-83 dBm。因而，咱们能够看到，SFDR(单一或多频)之前将约束接纳机功用的实践噪声约束。
可是，一个被称为颤动技能能够大大前进SFDR。所示模仿设备运用留意AN410带噪声的添加能够前进SFDR噪音到地板上。虽然高频振荡转化器特定的数量，这项技能适用于一切adc只要是静态的漆黑与功用的约束，而不是沟通转化速率等问题。AD9042记载的运用程序中，噪声的量添加只要-32.5 dBm或21码rms。如下所示，故事情节前后颤动供给洞悉潜在的改进。简而言之，优柔寡断是经过ADC中的相干杂散信号生成并随机摆放。以来马刺有必要的能量守恒，犹疑仅仅使他们看起来像是额定的噪音转化器的地板上。因而，权衡了经过运用带颤动，能够删去一切内部生成的伪信号，可是，有一个细微的冲击在整个转化器的信噪比实践上相当于小于1分贝灵敏度丢失比较，噪声比SFDR有限的比如和有限的显现。
ADC/高频振脉动
ADC/高频振脉动
两个重要的点对高频振荡之前封闭的主题。首要，在依据接纳机，没有途径能够将相关的。假如这是真的，那么一般多个信号接纳器通道将作为自我颤栗。虽然这是实在的一些时刻，有时额定优柔寡断将需求添加当信号强度弱。
第二，模仿前端的噪声奉献自身是不足以颤栗ADC。从上面的比如中，32.5 dBm的优柔寡断是添加到SFDR发生最佳的改进。比较之下，模仿前端只供给-68 dBm的噪声功率，远离所需求供给最佳的功用。
三阶截点
除了转化器SFDR，射频部分导致了虚伪的接纳机的功用。这些热刺是受技能，如高频振荡影响，有必要加以处理，避免搅扰接纳机的功用。三阶截距是一个重要的衡量接纳链内的信号水平添加接纳机的规划。
为了了解所需的功用水平的宽带射频组件，咱们将回忆GSM标准，或许最接纳机运用的要求。
GSM接纳器有必要能够康复的信号功率在-13 dBm – -104 dBm之间。一起假定，ADC的全面是0 dBm，丢失经过接纳机过滤器和搅拌机是12 dB。一起，由于一起处理多个信号，一个AGC不该运用。这将下降射频灵敏度和导致较弱的信号。运用这些信息，射频/假如核算取得25 dB(0 = 13-6-6 + x)。
第三个订单输入阻拦方面的考虑
25分贝增益要求散布如图所示。虽然一个完好的体系会附加组件，这将为这个评论。从这个，全面的GSM信号-13 dBm，ADC输入0 dBm。可是，跟着最小-104 dBm的GSM信号，信号在ADC是-91 dBm。从这一点上，上面的评论中能够用于确认适用性的ADC噪声功用和杂散功用。
现在这些信号和体系收益要求，放大器和混频器标准现在能够查看时由-13 dBm的全面的信号。处理第三订单产品全面的信号：
假定全体的功用有必要大于100分贝，求解这个方程的前端放大器显现一个三阶输入放大器IIP 》 + 37 dBm。搅拌机，所取得的信号电平10 dB，和新的信号电平是3 dBm。可是，由于混频器输出指定，这个水平是削减了至少6 dB 9 dBm。因而，搅拌机，OIP 》 + 41 dBm。从搅拌机指定输出。在终究取得阶段，信号会衰减到9 dBm(相同混频器的输出)。中频放大器，IIP 》 + 41 dBm。假如满意了这些标准，功用应该等于
ADC时钟颤动
一个动态标准，杰出的无线功用是至关重要的ADC时钟颤动。虽然低颤动对优异的基带功用很重要，其作用是放大当抽样更高频率的信号(高转化速率)等在欠采样运用中被发现的。一个赤贫的颤动标准的全体作用是削减信噪比作为输入频率添加。光圈孔径颤动和不确认性常常交流文本。在这个运用程序中，它们有相同的意思。孔径的不确认性是在编码进程中样本变异。孔径的不确认性有三个剩余影响，首要是体系噪声的添加，第二个是一个不确认性的实践采样信号自身的阶段和第三传输搅扰。孔径小于1的不确认性pS时需求假如抽样以到达所需的噪声功用。的相位精度和传输搅扰孔径的不确认性的影响很小。假如呈现最坏状况的pS rms。假如250 MHz，相位不确认性或均方根差错为0.09度。这是彻底能够承受的乃至是GSM等要求标准。因而这种剖析的要点将对全体噪声奉献由于孔径的不确认性。
最大的转化速度是零穿插。此刻，转化速度是由正弦函数的一阶导数界说评价在t = 0：
评价在t = 0时，余弦函数的求值成果为1和方程简化为：
每秒转化速度的单位是伏特和产值的速度信号是经过输入信号的零穿插反转。在采样体系，参阅时钟用于样本输入信号。假如???样时钟的孔径不确认，那么电压发生一个过错。这个差错电压能够由输入转化速率乘以“颤动”。
经过剖析单位，能够看出这个收益率单位伏特。一般，孔径不确认性是用秒标明rms。因而，过错的电压伏rms。附加方程剖析标明，跟着模仿输入频率添加，rms。差错电压也添加成正比孔径的不确认性。
假如转化器采样时钟纯度是极端重要的。与混合进程中，输入信号乘以一个本地振荡器或在这种状况下，一个采样时钟。乘法以来时刻是在频域卷积，样品的光谱时刻与输入信号的频谱卷积。由于孔径的不确认??是宽带噪声的时钟，它是宽带噪声在频谱采样。由于ADC采样体系，光谱是周期性的采样率和重复。因而这个宽带噪声下降了噪声地板ADC的功用。ADC的理论信噪比的约束孔径的不确认性是由以下方程。
假如这个方程是201 MHz的模仿输入??评价。7 pS rms。“颤动”，理论信噪比仅限于61分贝。应该留意的是，这是相同的要求会被要求有另一个混合器阶段被运用。因而，体系要求十分高的动态规模和高模仿输入频率还需求一个十分低的“颤动”编码源。当运用标准TTL / CMOS时钟振荡器模块，0.7 pS rms。现已验证了ADC和振荡器。能够完成更好的数值与低噪声模块。
在考虑体系全体功用时，更或许运用广义方程。这个方程树立在前面的方程，但包含热噪声的影响和微分非线性。
虽然这是一个简略的方程，它供给深化的噪声功用，能够预期从数据转化器。
相位噪声
虽然合成器相位噪声类似于编码时钟颤动，对接纳机的影响略有不同，可是终究，作用十分类似。颤动和相位噪声之间的首要差异是，颤动是一个宽带的问题和一致的密度在采样时钟相位噪声是一种非均匀散布在一个本地振荡器一般变得更好的远离你的口气。与颤动，相位噪声越低越好。
由于本地振荡器是与输入信号混合，噪音罗将影响所需的信号。频域卷积混合的进程(时域进程的混合乘法)。作为一个混合的成果，从相邻LO引起的相位噪声能量(自动)通道集成到所需??通道添加噪声地板上。这便是所谓的彼此混合。确认噪声的数量在一个未运用的通道另一种途径是被一个满负荷运作的信号，供给以下剖析。
再次，由于GSM是一个困难的标准，这将作为一个比如。在这种状况下，下列方程是有用的。
噪音噪音的愿望信道引起的相位噪声，x(f)是值得格局表达的相位噪声和p(f)的谱密度函数完成GMSK函数。关于这个示例，假定GSM信号功率是-13 dBm。一起，假定瞧一个常数相位噪声在频率(大都状况下，载波的相位噪声下降抵消)。在这些假定当这个方程是集成在信道带宽，掉出来一个简略的方程。自从x(f)被认为是常数(PN -相位噪声)和全面的归纳力气GSM信道是-13 dBm，方程能够简化为：
由于咱们的方针是要求相位噪声低于热噪声。假定噪声在混合器是相同的天线，-121 dBm(噪声天线在200 kHz – Pa = kTB)都能够运用。因而，相位噪声的LO有必要低于-108 dBm的抵消200千赫。
