本地振荡器(LO)的设计和性能对手机能否达到或超过最初的设计目标有很大影响,大多数为北美市场设计的CDMA手机也包括AMPS,以便为那些尚未安装数字基础设施的地区提供服务,针对这些应用的手机可能需要8个不同的LO信号。本文讨论影响CDMA手机LO的设计问题,并利用PLL合成器来探讨LO的性能、标准要求和设计方法。
目前,大多数CDMA手机采用的是图1所示的超外差无线结构,在典型的CDMA应用中,接收到的无线信号由频率范围介于900 MHz至2.0GHz之间的高频载波信号及经过调制和编码的低频数据信号混合而成。
LO为混频器提供输入,对CDMA手机来说,它通常是一个PLL(锁相环)合成器,PLL合成器可通过多种不同的途径来实现。由于CDMA需要多阶频率转换,PLL合成器必须生成非常精确的信号,否则手机会与其它通信信号相互干扰或阻碍解调,从而导致误码率(BER)增大,降低语音和/或数据质量(图1)。
图2给出了PLL合成器的方框图。典型的PLL合成器由分立VCO(压控振荡器)、分立环路滤波器和合成器IC组成。合成器IC包括参考分频器(R分频器)、整数或分数N分频器以及鉴相器,但不包括VCO和环路滤波器。几家CDMA收发器制造商已开始在其芯片中集成可选的PLL合成器功能,以减少元件数目及简化设计。考虑到复杂性问题,目前尚无法在这些芯片中集成RF VC功率电感O,因而现阶段尚未开发出完全集成这些功能的CDMA收发器芯片。
PLL合成器输出频率可由方程(1)确定:
中心频率fcen可由方程(2)计算得出,fcen贴片电感应是LO所生成的输出频率频谱的中心频率。C和L表示振荡所需的VCO振荡回路。一旦fcen确定,基带处塑封电感器理器或板上DSP可通过改变N分频器的值将输出频率fout调整到特定的频道。
确定输出频率
设计PLL合成器的第一步是确定手机要求,即需支持的频带、模式和收发器要求。在北美,有两个频带分配给了商用数字蜂窝通信,如表1所示。大多数移动电话制造商同时支持数字和模拟(AMPS)通信,以扩展覆盖范围。由于综合数字网络的成本极高,业务运营商更倾向于将AMPS作为未来移动电话的一个选项。
频带为确定PLL合成器的输出提供了一个起点,精确的输出频率要求取决于收发器和无线频率分配规划,频率分配规划是所有无线结构开发的中心环节。IF和RF LO所选的实际频率必须在研究过伪混频、谐波干扰及所选实际频率的元件适用性之后才能确定。
大多数CDMA收发器采用超外差式结构,该结构同时包含RF和IF上变频和下变频两级。为方便混频,必须同时以两种频带在发送和接收路径上为每个混频器提供RF和IF LO信号。
双频手机通常需要两种或更多不同的RF LO信号,这取决于发送和接收混频器是否需要不同的频率(视收发器和无线频率分配规划而定)。因此,RF LO必须具备用于双频工作模电感器的单位式的两个或电感厂家更多分离RF PLL合成器。在IF混频级,每个频带要求至少两个IF LO信号以便于双向通信。然而,某些CDMA收发器方案在两个频带上复用同一IF频率,从而减少了设计所需的元器件数目。
参考频率
fin由可用的收发器和基带方案予以标准化,由此规定了手机的频率分配规划。典型的参考频率如表2所示。
方程(1)中,注意到fin和R分频器的混合决定了鉴相器的刷新率(update rate)及信道或信道栅(channel raster)的间距。表2还包括相应的R分频器值,为AMPS生成适当的信道栅间距,以及为CDMA生成适当的栅间距。对于蜂窝基带,30 kHz的刷新率可为AMPS提供30 kHz的信道间距,并为CDMA提供30 kHz的信道栅。PCS基带需要50 kHz的信道栅。
目前已提出了LO物理约束的基本框架,下面将重点讨论为满足正式和非正式标准要求,设计必须达到的性能规范,如相位噪声和稳定时间等。 大功率电感厂家 |大电流电感工厂