UMTS 基站接收器占板面积仅为半平方英寸

在满足宏蜂窝基站性能要求的前提之下，集成度究竟能够达到多高? 工艺技术仍然限定某些重要的功能部件必须采用特殊工艺来制造：在射频 (RF) 领域采用GaAs 和 SiGe 工艺，高速 ADC 采用细线 CMOS 工艺，而高品质因数 (High-Q) 滤波器则无法采用半导体材料很好地实现。此外，市场对于提高集成度的需求并没有停止。

考虑到上述问题，凌力尔特决定采用系统级封装 (SiP) 技术来开发占板面积约为 1/2 平方英寸 (仅刚刚超过 3cm2) 的接收器。接收器的边界处有 50Ω RF输入、50Ω LO 输入、ADC 时钟输入及数字 ADC 输出。该边界留待增加低噪声放大器 (LNA) 和 RF 滤波，用于输入、LO 和时钟发生，以及数字输出的数字处理。在 15mm x 22mm 封装内是一个采用 SiGe 高频组件、分立无源滤波和细线 CMOS ADC 的信号链路。

本文将对 LTM®9004 微型模块 (µModule®) 接收器 (一款直接转换接收器) 进行设计分析。

设计目标

设计目标是通用移动通信系统 (UMTS) 上行链路频分双工 (FDD) 系统，特别是处于工作频段 I 的中等覆盖范围基站 (详见 3GPP TS25.104 V7.4.0 规范)。对于接收器而言，灵敏度是一个主要的考虑因素，输入信噪比 (SNR) 为 -19.8dB/5MHz 时，所要求的灵敏度 ≤-111dBm。这意味着接收器输入端的有效噪声层必须 ≤-158.2dBm/Hz。

设计分析：零 IF 或直接转换接收器

LTM9004 是一款采用了 I/Q 解调器、基带放大器和双通道 14 位 125Msps ADC 的直接转换接收器 (如图1所示)。LTM9004-AC 低通滤波器在 9.42MHz频率下具有一个 0.2dB 的拐角，从而允许 4 个 WCDMA 载波。LTM9004 可与RF 前端一起使用，构成一个完整的 UMTS 频段上行链路接收机。RF 前端由一个双工器以及一个或多个低噪声放大器 (LNA) 和陶瓷带通滤波器组成。为最大限度地减低增益和相位失衡，基带链路采用了一种固定增益拓扑结构。因此，在 LTM9004 之前需要布设一个 RF 可变增益放大器 (VGA)。这里给出了此类前端的典型性能示例：

? 接收 (Rx) 频率范围：1920MHz 至 1980MHz
? RF 增益：15dB (最大值)
? 自动增益控制 (AGC) 范围：20dB
? 噪声指数：1.6dB
? IIP2：+50dBm
? IIP3：0dBm
? P1dB：-9.5dBm
? 20MHz 时的抑制：2dB
? 发送 (Tx) 频段上的抑制：96dB

图 1：在 LTM9004 微型模块接收器中实现的直接转换架构

考虑到 RF 前端的有效噪声影响，由 LTM9004 所引起的最大可容许噪声必须为 -142.2dBm/Hz。LTM9004 的典型输入噪声为 -148.3dBm/Hz，由此计算出的系统灵敏度为 -116.7dBm。

通常，此类接收器可受益于 ADC 之后的某些数字化信号之 DSP 滤波。在这种情况下，假设 DSP 滤波器是一个具有 α = 0.22 的 64 抽头 RRC 低通滤波器。为了在出现同信道干扰信号的情况下工作，接收器在最大灵敏度下必须拥有足够的动态范围。UMTS 规范要求最大同信道干扰为 -73dBm。请注意，对一个具有 10dB 峰值因数的已调制信号而言，在 LTM9004 的 IF 通带之内，-1dBFS 的输入电平为 -15.1dBm。在 LTM9004 输入端，这相当于 -53dBm，或者 -2.6dBFS的数字化信号电平。

当 RF 自动增益控制 (AGC) 设定为最小增益时，接收器必须能从手机中解调出预计所需的最大信号。这种要求最终将 LTM9004 必须提供的最大信号之大小设定在 -1dBFS 或其以下。规范中所要求的最小路径损耗为 53dB，且假定手机的平均功率为 +28dBm。那么在接收器输入端，最大信号电平即为 -25dBm。这等效于 -14.6dBFS 的峰值。

UMTS 系统规范中详细说明了几种阻断信号。在存在此类信号的情况下只允许进行规定了大小的减敏，灵敏度指标为 -115dBm。其中的第一种是一个相距 5MHz的相邻信道，其电平为 -42dBm。数字化信号电平的峰值为 -11.6dBFS。DSP 后处理将增加 51dB 抑制，因此，这个信号在接收器输入端相当于一个 -93dBm 的干扰信号。最终的灵敏度为 -112.8dBm。

而且，接收器还必须与一个相隔 ≥10MHz 的 -35dBm 干扰信道竞争。μModule 接收器的 IF 抑制将使这个干扰信道衰减至相当于峰值为 -6.6dBFS 的数字化信号电平。经过 DSP 后处理，其在接收器输入端上相当于 -89.5dBm，最终的灵敏度为 -109.2dBm。

另外，还必须考虑到带外阻断信号，但这些带外阻断信号的电平与已经讨论过的带内阻断信号相同。

在所有这些场合中，LTM9004 的 -1dBFS 典型输入电平均远远高于最大预期信号电平。请注意，已调制信道的峰值因数将大约在 10dB ~ 12dB，因此，在LTM