DMR终端锁相调频接收机的设计

根据系统要求：信道间隔12.5 kHz，容差±2 ppm，锁定时间<4 ms，根据文献[2]计算得环路带宽必须满足Fc≥1.6 kHz。由于增大环路带宽可以减小锁定时间，而环路太宽则会严重影响相位噪声，并且一般要求Fc不超过比较频率FPD的1／5，选择Fc=2.5.kHz。在VCO调制灵敏度等于20 MHz／V，电荷泵增益选择为Kφ=±1.5 mA，比较频率fPD=1 2.5 kHz，输出频率范围为420～470 MHz，环路滤波带宽Fc=2.5 kHz，相位裕量φ=48°，环路滤波极点比T3／T1=45％，参考输入频率13 MHz的条件下计算环路滤波器的各项参数。得到环路滤波器参数为：R_LF1=3.3 kΩ，R_LF2=5.6 kΩ，C_LF1=4.7 nF，C_LF2=47 nF，C_LF3=2.2 nF 。理论计算结果表明，在此环路条件下锁相环锁定时间Lock-time=1.3 ms，相位噪声能达到PN=-94.07 dBe／Hz@10kHz，环路带宽Fc=2.56 kHz，相位裕量为39.52°，已经能够达到系统需求，根据此环路滤波条件建立调频锁相环原理图，如图4所示。图5为锁相环430 MHz时的杂波测试图。

(3)下变频混频器电路设计。

Maxim公司的MAX2680是一低功耗、低噪声系数，专门适用于低电压操作的下变频混频器。它的适用频率为400～2 500 GHz，供电电压为2.7～5.5 V，具有较高的三阶输入截止点(IIP3在2 450 MHz)和<0.1μA的低功率关闭模式，是手持通信设备的理想器件，因此本设计采用此芯片。电路设计，如图5所示。

图5 430MHz载频处参考杂波

本接收机采用两次下变频进行鉴频，MAX2680为第一次下变频，产生一个45.05 MHz的中频信号。／SHDN为开关控制使能端，当为低电平时芯片不工作，当为高电平时芯片正常工作。接收的RF信号范围为400～450MHz，满足MAX2680的适用范围，本振信号L0由锁相环混频器产生。理论上，当RF为400 MHz，L0为445 MHz时，混频的增益为11 dB；而实际测量：当RF为405 MHz，功率为－48 dBm，L0为450.05 MHz，功率为－16 dBm时，输出IF为45.05 MHz，功率为-54 dBm。满足后续模块(鉴频芯片TA31136对输入信号的要求)对功率信号的要求。

图6 下变频混频器原理图

(4)鉴频器的电路设计。

TA31136是一个低电压操作的FM中频检测芯片，它主要适用于无线电话机中。TA31136的工作电压为1.8～5.5 V，它内部包含了一个输入中频信号为10～100 MHz的2ndIF混频器，一个噪声检测电路、一个高增益的限幅中频放大器和一个陶瓷，中周均可适用的积分鉴频器，另外该芯片还具有RSSI功能。由于该接收机采用两次下变频鉴频，第二次下变频和鉴频均可在TA31136中实现，因此本设计采用该鉴频芯片，鉴频器电路设计，如图7所示。

图7 鉴频器电路原理图

第一次下变频由MAX2680产生的45.05 MHz的IF信号经过晶体滤波器滤除邻近的杂波信号，通过IF放大器放大后，从TA31136的Pin16进入，与由晶振产生的44.595 MHz信号进行混频产生455 kHz的第二中频信号。455 kHz的中频信号从Pin3输出经由陶瓷滤波器XF3滤波，再从Pin5进入IC，经IC内部的IF放大器放大后输入到积分鉴频器中进行解调，最后经过一个LPF输出语音信号。

TA31136输出的音频信号一部分通过一个分压电路进入IC的Pin7和Pin8，通过IC内部的滤波器和放大器对其噪声分量进行放大、整流产生一个和噪声分量相对应的直流电压信号，直流电压信号与来自MCU内部设定好的电压值比较大小，MCU根据比较结果输出高低电压信号来控制TA31136的Pin14来实现接收信号时静噪的打开和关闭。

2、接收机测试结果

输入到接收机的是由AgilentE4438C信号发生器产生的410MHz调频信号,功率为-30dBm;调制信号是1kHz的正弦信号,Vpp为1V。图8(a)为用Agilent89600系列矢量信号分析仪(VGA)测得调频信号的频谱,图8(b)是Agilent89600解调出的基带信号。

图8 410MHz单音调频信号频谱及时间—频偏曲线

图9为接收机鉴频出的基带信号，可以看到解调出的信号失真很小。该接收机通过测试，鉴频出的信号与原信号误差<1％，符合无线通信要求。改变输入调频信号的功率，测得当为-80 dBm时，能有鉴频信号输出，当再<-80 dBm时，不能鉴频，即为接收机的接收灵敏度。

图9 接收机鉴频出的基带信号

3、结束语

实际的DMR接收机制作在一块20 cm×10 cm的4层印制板上，表面敷铜到地，供电电压为5 V。由3SK318、MAX2680、MAX2620、MB15E03SL和TA31136构建的调频接收机具有受外界分布参数影响小、调试方便、成本低廉等特点，目前已成功应用在开发的DMR数字终端设备样机中。

作者：李伟、杨鹏、杨懋，西安电子科技大学