一种大动态接收信道的设计与实现

2014-08-08王军正

无线互联科技 2014年6期

王军正

摘要：本文介绍了一种大动态，高线性的接收信道的设计方案，针对系统的要求，介绍了接收信道的设计原理，指标分配和接收信道噪声系数计算等，该接收信道已成功应用于某型遥控遥测系统。

关键词：AGC（自动增益控制）；RSSI(接收信号指示强度)；噪声系数；大动态；低噪声放大器；混频1概述

接收信道的主要功能是将天线接收的弱小高频信号经过低噪声放大器进行放大，然后与本地频率合成器产生的振荡信号通过混频器进行混频，混频输出的中频信号进过滤波、放大得到幅度稳定的中频信号。接收信道的输出电平幅度取决于输入信号的电平大小和接收信道的增益，由于接收信道的信号范围变化较大，可以使1微伏或几十微伏，甚至可达上百毫伏，强弱信号的变化可达100分贝左右，这个变化范围称为接收信道的动态范围，以本接收信道为例，对接收信道的动态范围要求很高，不仅要保证-95dBm的小信号得到良好的信噪比，还要保证0dBm的信号不会出现阻塞，还要保证中频信号的幅度稳定。接收信道的前端低噪声放大器必须要由较大增益，为了解决这一矛盾，必须采用特殊的射频自动增益（AGC）來实现。图1给出了大动态接收信道的设计原理框图。

2电路设计

接收信道采用两次混频来实现，接收信道主要由开关高增益放大器、混频器、滤波器、中放和两级AGC电路组成。带通和镜频抑制滤波器的作用是抑制带外的杂波干扰和混频镜象频率处的噪声，降低接收机的噪声系数。

⑴开关高增益放大器的设计。开关高增益放大器的指标设计要求为：1)工作频段：L波段,带宽100MHz；2)噪声系数≤1.5dB；3)增益：>35dB或0dB；4)输入驻波比≤1.5。

⑵接收通道AGC的设计。由于接收信道的动态范围要求较高，因此AGC电路的设计非常关键，如果AGC电路完全放在接收信道的射频端，则会造成接收信道噪声系数的严重恶化，如果AGC电路完放在接收信道的中频放大器上，则要求前端低噪声放大器必须要求很高增益，则会造成接收到大信号出现阻塞，影响接收性能，使接收信道不能正常工作。

接信道AGC的设计思想是采用射频AGC控制前端的增益，实现35dB的AGC控制；采用AGC控制两级二中放的增益，实现70dB的AGC控制，由此可看出整个接收机的动态范围可达100dB以上。

考虑到开关高增益放大器的增益设置为35dB，为了保证开关高增益放大器的线性，在设计时设置-40dBm的射频输入信号作为门限，当-95dBm~-40dBm的射频信号进入接信道，开关倒向低噪放，使低噪放的增益为35dB，以满足小信号情况下接收机对信噪比的要求；当信号电平大于-40dBm时，开关倒向直通端，使低噪放的增益为0dB，天线接收的射频信号直接进入镜频抑制滤波器，不会造成大信号阻塞。

AD8309是AD公司提供的高集成度中频信号处理器件，可提供输入信号强度成正比的电压输出，用来对输入信号的强度进行精确测量，即完成RSSI功能，其动态范围可达100dB，工作频率为5MHz～500MHz。AGC的检波器采用两片AD公司的AD8309来实现，利用对数放大器RSSI端输出电压与输入信号的强度成正比的特性来实现AGC的设计。一片用于检测第二中频的信号，通过对RSSI的滤波放大产生AGC电压用于控制两级二中放的增益，另一片用于检测第一中频的信号通过对RSSI的滤波放大产生AGC电压，为了保证两级AGC的协调统一，通过比较两级AGC的电压通过比较器产生一个阶跃电压来控制“开关高增益放大器”，实现前端AGC的控制。

⑶噪声系数的估算。根据噪声计算公式：

NF=NF1+(NF2-1）/KP1+(NF2-1）/(KP1 KP2）+……

可以看出第一中放电路噪声对整机的影响较小，在计算通道噪声系数时不予考虑。

接收信道的噪声系数Nf主要取决于前级滤波器的插入损耗、低噪放以及从低噪放到第一级中频放大器的插入损耗。

单独估算混频器的噪声系数时，习惯上将混频器的变损加0.5dB即表示混频器的噪声系数。

1）带通滤波器的插损：2dB，对应的噪声系数为1.58；

2）低噪放的增益：35dB，噪声系数：1.5；

3）镜频抑制滤波器的插损：3dB，对应的噪声系数为2；

4）混频器的变损：8dB，对应的噪声系数为7。

接收信道噪声系数为：

Nf=Nf1+（Nf2-1）/GP1+Nf3-1）/GP1GP2+（Nf4-1）/GP1GP2GP3+…

=1.58+(1.5-1)/10-0.2+(2-1)/10-0.2×103.5+(7-1)/10-0.2×103.5×10-0.8