近年來(lái)，推動(dòng)RF系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更寬帶寬、更高性能、更低功耗，同時(shí)提高頻率范圍并縮小尺寸的力量越來(lái)越強(qiáng)大。這一趨勢(shì)已成為技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動(dòng)力，RF器件的集成度遠(yuǎn)超以往所見。有許多因素在推動(dòng)這一趨勢(shì)。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)為了發(fā)送和接收每天收集到的數(shù)TB數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)速率的要求已達(dá)到4 Gbps。這一要求推動(dòng)系統(tǒng)的工作頻率提高到Ku和Ka波段，原因是在這些頻率上更容易實(shí)現(xiàn)更寬的帶寬和更高的數(shù)據(jù)速率。這勢(shì)必導(dǎo)致通道密度更高，每通道的帶寬更寬。

在信號(hào)情報(bào)領(lǐng)域，性能要求也在不斷提高。此類系統(tǒng)的掃描速率越來(lái)越高，故而要求系統(tǒng)具有快速調(diào)諧PLL和寬帶寬覆蓋范圍。對(duì)尺寸更小、重量更輕、功耗更低(SWaP)和集成度更高系統(tǒng)的需求，源于業(yè)界希望在現(xiàn)場(chǎng)操作手持式設(shè)備，以及希望提高大型固定位置系統(tǒng)的通道密度。

相控陣的發(fā)展同樣得益于單芯片RF系統(tǒng)集成度的提高。集成讓收發(fā)器越來(lái)越小，使得每個(gè)天線元件都可以有自己的收發(fā)器，進(jìn)而促使模擬波束賦形向數(shù)字波束賦形轉(zhuǎn)變。通過數(shù)字波束賦形，單一陣列可以同時(shí)追蹤多個(gè)波束。相控陣系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，包括天氣雷達(dá)和定向通信等。由于低頻信號(hào)環(huán)境變得越來(lái)越擁堵，許多應(yīng)用不可避免地要求提高頻率。

本文介紹如何利用一種高度集成的架構(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，該架構(gòu)將AD9371收發(fā)器用作中頻接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，使得整個(gè)中頻級(jí)及其相關(guān)器件都可以從系統(tǒng)中移除。文中比較了傳統(tǒng)系統(tǒng)與提議的架構(gòu)，并舉例說(shuō)明了如何通過典型設(shè)計(jì)流程來(lái)實(shí)現(xiàn)此架構(gòu)。具體說(shuō)來(lái)，使用集成收發(fā)器可以實(shí)現(xiàn)一些高級(jí)頻率規(guī)劃，這是標(biāo)準(zhǔn)超外差樣式收發(fā)器做不到的。

超外差架構(gòu)概述

超外差架構(gòu)由于能實(shí)現(xiàn)很高的性能而成為多年來(lái)的首選架構(gòu)。超外差接收機(jī)架構(gòu)通常包括一個(gè)或兩個(gè)混頻級(jí)，混頻級(jí)饋入模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。典型超外差收發(fā)器架構(gòu)如圖1所示。

圖1.傳統(tǒng)X和Ku波段超外差接收和發(fā)射信號(hào)鏈

第一轉(zhuǎn)換級(jí)將輸入RF頻率上變頻或下變頻至帶外頻譜。第一IF（中頻）的頻率取決于頻率和雜散規(guī)劃、混頻器性能以及RF前端使用的濾波器。然后，第一IF向下轉(zhuǎn)換為ADC可以數(shù)字化的較低頻率。雖然ADC在處理更高帶寬的能力上取得了巨大進(jìn)步，但為達(dá)到最優(yōu)性能，其頻率上限目前是2 GHz左右。輸入頻率更高時(shí)，必須考慮性能損失，而且更高輸入頻率要求更高時(shí)鐘速率，這會(huì)導(dǎo)致功耗上升。

除混頻器外，還有濾波器、放大器和步進(jìn)衰減器。濾波用于抑制不需要的帶外(OOB)信號(hào)。若不加抑制，這些信號(hào)會(huì)在目標(biāo)信號(hào)上產(chǎn)生雜散，使目標(biāo)信號(hào)很難或無(wú)法進(jìn)行解調(diào)。放大器設(shè)置系統(tǒng)的噪聲系數(shù)和增益，提供足夠高的靈敏度以接收小信號(hào)，同時(shí)又不是太高以至于ADC過度飽和。

還有一點(diǎn)需要注意，此架構(gòu)常常需要使用表面聲波(SAW)濾波器以滿足ADC嚴(yán)格的抗混疊濾波器要求。SAW濾波器會(huì)提供急劇滾降性能以滿足這些要求，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)明顯的延遲和紋波。

圖2所示為一個(gè)X波段超外差接收機(jī)頻率規(guī)劃示例。該接收機(jī)希望接收8 GHz和12 GHz之間的信號(hào)，帶寬為200 MHz。目標(biāo)頻譜與可調(diào)諧本振(LO)混頻，產(chǎn)生5.4 GHz IF。然后，5.4 GHz IF與5 GHz LO混頻以產(chǎn)生最終的400 MHz IF。最終IF范圍是300 MHz至500 MHz，這是很多ADC能夠發(fā)揮良好性能的頻率范圍。