接收器IC混合式混频器、频率合成器和IF放大器

Marc Goldfarb、Ben Walker、Russell MarTIn、Tom Bosia、Ed Balboni和Dragoslav Culum

ADI公司

无线基站曾经封装在采用气候控制技术的大型空间中，但现在却可以装在任意地方。随着无线网络服务提供商试图实现全域信号覆盖，基站组件提供商面临压力，需要在更小的封装中提供更多的功能。

来自ADI公司的一对集成电路（IC）提供了一种解决方案，重新界定了接收器前端混频器的意义。实际上，该IC在混频器IC内部集成了曾经附加于接收器内混频器的许多组件，比如，本振（LO）和中频（IF）放大器。利用这些IC，可以大幅减少蜂窝基站的大小，同时还能带来软件定义无线电（SDR）的灵活性，从而应对多种不同的无线标准。

这里涉及的IC的型号是ADRF6612和ADRF6614，根据设计二者支持的RF范围为700 Mhz至3000 MHz，LO范围为200 Mhz至2700 MHz，IF范围为40 Mhz至500 MHz。它们支持低端或高端LO注入，包括一个板载锁相环（PLL）和多个低噪声电压控制振荡器（VCO），全部封装在7 mm &TImes; 7 mm 48引脚的LFCSP外壳中。超高的集成度和组件密度，加上多样性和可编程能力，可以支持多种不同的无线标准，完全满足现代微蜂窝的小批量生产需求。

为了更好地理解这些高度集成的混频器IC在节省空间方面的优势，不妨回忆一下2010年左右时的蜂窝基站的前端，如图1所示。双混频器架构的带宽范围约为1 Ghz，需要多个组件来处理当时的蜂窝频率范围，即800 MHz至1900 MHz。频率合成由一个独立的PLL和窄带VCO模块提供，需要用一个特有的PLL环路滤波器才能实现最佳性能。每个目标频段均采用专门的VCO模块，结果增加了基站内需要的电路板面积。

另外，这些分立式组件是通过低阻抗传输线路相互连接起来的，结果会增加信号损失。结果，需要很大的电流把VCO输出驱动到足够的电平，以便混频器能在信号阻塞条件下产生低相位噪声和噪声系数。

集成VCO的接收器IC并非新事物。但要实现多载波要求的宽带宽和低相位噪声，全球移动通信系统（MC-GSM）无线网络一直是个挑战。GSM的信道复用方案要求接收LO具有极低的相位噪声，尤其是在相间通道失调频率为800 kHz的情况下，如图2所示。如果这些相间通道的多余相位噪声与同样处于800 kHz失调条件下的无用信号相混合，则可能使相位噪声转换成IF输出，从而降低系统的灵敏度。

图1.框图所示为2010左右时的典型蜂窝基站。

图2.信道复用方案要求在GSM无线系统中采用低相位噪声的宽带宽VCO，避免因阻塞导致性能下降。

低VCO相位噪声通常是通过高质量因数（高Q）谐振器和窄带设计实现的。频分也能降低噪声。通过使VCO工作于接收器LO频率的整数倍，随后进行的分频即可使相位噪声降低一个6 dB/倍频程，如图3所示。GSM在1800 Mhz至1900 Mhz频段内的相位噪声要求极高，其严重程度大约相当于800 Mhz至900 Mhz频段内相位噪声的两倍。

图3.该VCO电路配置可实现倍频程带宽。

在低相位噪声以外，现代基站接收器设计必须支持无线通信网络当前使用的多种调制方案。除GSM以外，其他调制方案包括宽带码分多址（WCDMA）和长期演进（LTE）系统。接收器设计通常包括若干不同的VCO，其相位噪声性能配置为中等水平，通过组合的方式满足基站倍频程带宽需求。

一旦将若干个VCO配置为在最高工作频率下产生一个倍频程带宽，则可用二分频实现较低的LO频率。ADRF6612接收器混频器采用的就是这种方法，其中，VCO基频范围为2.7 Ghz至5.6 Ghz，通过从1至32分频，两级频分实现200 Ghz至2700 Mhz的LO频率。对于同时包括MC-GSM的应用，ADRF6614接收器混频器包括两个额外的高性能VCO内核，用于提供1800 Mhz至1900 MHz GSM频段所需要的LO频率。

由于现代无线微蜂窝可能不具备气候控制环境的优势，所以这些接收器IC一类的组件可在较宽的极限温度范围内提供一致、可靠的性能。为了在较宽的工作温度范围内实现规定的性能，ADRF6612和ADRF6614 IC中的PLL和VCO采用了多种校准技术。

对于低噪声宽带宽，每个VCO内核采用一个8位的容性数模转换器（CDAC），后者可以为给定的LO频率选择正确的频段（128选1）。系统会仔细监控VCO谐振器幅度的任何变化，并用自动电平控制（ALC）系统调整幅度，以获得最佳输出幅度。每个IC都会在工作频率被重新编程的时候执行校准序列。这样可以确保所选频段将VCO调谐变容二极管的调谐电压集中于最佳范围内，使频率合成器在所需工作温度范围保持锁定。

每个ADRF6612和ADRF6614 IC中的四个VCO内核可以确保其工作范围具有合适的重叠