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(多图) 预算分析确保良好的无线电接收机链接性能

James Lark?? 德州仪器高性能线性器件分部成员?? 2004年08月10日 ?? 收藏0

电的噪声系数必须低于 11dB。使用噪声系数的好处显而易见:一旦您知道了噪声系数,由于噪声降低而实现的灵敏度就非常明显了。
  另一个主要的模拟性能因素为线性。GSM900 规范要求在存在两个-43dBm 干扰信号、且与当前信号隔开 0.8MHz 和 1.6MHz 的情况下满足参考灵敏度 (-104dBm)。低侧 IM3 产品可获得所需的信号。以 6dB 为净空高度,则获得 IM3 产品的最大值为-110-(-43)=-67dBc。将此值代入
公式

  这里 IIP3与PIN 分贝值为1mW,IM3分贝值由载波决定,则接收机 IIP3的最小值为:
公式

  GSM900 规范还要求系统在存在来自载体 3MHz 的-13dBm 干扰音时满足-104dBm 的参考灵敏度。您在链接预算分析中用此值为接收机链设置信号增益。
  链接预算分析


链接预算分析

  表 1 显示了就图 1 所示的接收机链进行的链接预算分析,其间采用了以下假定:
  ●? 第一个与第二个 IF SAW 滤波器在干扰频率下具有 8dB 的通带插入损耗和 33dB 的阻带抑制。
  ●? IF 放大器 3 与 4 是带有 200Ω 输入

阻抗的运算放大器。
  ●? ADC 的输入阻抗为 800Ω。
  ●? ADC 的输入全标量电压为 2V pp (-2dBm)。
  ●? 采用 GSM900 规范进行分析。
  ●? 参考灵敏度(或最小信号)为-104dBm。
  ●? 3MHz 的阻断为-13dBm。
  ●? 双音干扰信号为-43dBm。
  表 2 描述了表 1 竖栏中的各个项目。如欲获得预算分析模版,请访问以下网址参见本文的 Web 版 :www.edn.com
链接预算分析表中竖栏项目的定义

  您可画一个电平图,以图像反映信号电平通过接收链时的情况(图 2)。这一步可作为故障检查,帮助您找到问题区域。


电平图用图表描绘了通过接收机链的信号电平
图 2,电平图用图表描绘了通过接收机链的信号电平


  分析显示,接收机链超过了 GSM900 规范的要求。由于部件到部件的差异、温度与时间的漂移以及其它难以量化的因素,比较好的做法是在设计中留有充分的余地。随后您可以构建电路进行测试,看看实际与理论是否相符。Web 工具栏“串联的噪声与互调失真分析”可作为理解的基础。
  由于三阶非线性的影响,GSM900 指定的两个干扰音产生了对当前信号的干扰信号。您可以使用 IM3 量化非线性产生的失真。将该值与天线输入比较,您就可以方便地确定是否符合规范的要求。
  如果将应用于器件的双音的输入与输出功率及其互调分量用对数与对数作图显示,那么基本音斜率为 1,二阶分量斜率为 2,而三阶分量斜率为 3(图3)。在各曲线交叉前放大器开始压缩。比期望输出功率低 1dB 的点就是 1dB 压缩点,通常称为 P1。延长各曲线,您会找到 IP2(二阶截取点)与 IP3。


该对数与对数标度以图表描绘了一个器件上双音的输入与输出功率的关系
图 3,该对数与对数标度以图表描绘了一个器件上双音的输入与输出功率的关系,以及其互调分量的关系


  但是,如果您对与载波相关的互调失真感兴趣,而不关心放大器根本不会达到的某个假定点,那么您为什么还要了解截取点,为什么还要注意它呢?答案就在于,互调失真与截取点之间存在数学关系。截取点已知,您就可以计算出任何输入/输出功率的互调分量。


截取点已知
图 4,截取点已知,可计算出任何输入与输出功率的互调分量


  图 4 显示了在斜率已知的情况下如何计算 L1 与 L3。每条曲线上任意两个点相减,重新排列,再做减法,就得到:
?公式

  这里,y1=IM3,x2=PIN,而 x3=IIP3。由这个方程式,您可推出方程式 1。与此相对应,由于输入与输出通过增益联系在一起,您也可得出:
公式

  与此类似,IIP2=PIN-IM2 而 OIP2=POUT-IM2。


在此用于串联 IP3 分析的增益块链中,每个块均作为一个增益 GX,指向输入的三阶截取点则作为 IIP3X
图5,在此用于串联 IP3 分析的增益块链中,每个块均作为一个增益 GX,指向输入的三阶截取点则作为 IIP3X。


  图 5 显示了用于串联 IP3 分析的增益块链。每个块均有一个增益 (Gx) 及一个 IIP3x 输入指向三阶截取点。根据方程式一可计算出 IM3x。由于 IM3 以分贝给出,指向载波(与基本的相关),通过各级的增益不会产生影响。您首先取每个 IM3 的反对数,求和,而后再用下面的方法求和,从而计算出 IM3TOTAL

公式

  然后,可通过下面的方程式求出 IIP3TOTAL
公式


  附文:串联噪声与互调失真分析


  所有电子设备都会生成噪声,噪声与信号相伴,会降低信噪比 (SNR) 。噪声因数 (F) 是设备输出端 SNR 与输入端 SNR 之比。用方程式表示为:
公式

  我们可将它转化为与其相当的另一种形式,即:
?公式(方程式一? 噪声因素)
  这里,NA是设备的输入参考噪声功率,而NS是从信号源供给输


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预算分析? 无线电? 接收机? 链接?

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