TD-SCDMA手机射频前端设计的关键技术

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美信今年一季度开发出商用的TD-SCDMA手机射频套片,为TD-SCDMA的商用化进程立下战功。本文在该公司基于此套片的参考设计基础上,详细探讨了在TD-SCDMA手机射频前端设计中应考虑的一些关键技术问题。

TD-SCDMA与另外两种第三代移动通信标准相比有四大技术特点:双向智能天线技术、反向链路同步技术、反向联合检测技术、动态信道分配技术,其中双向智能天线技术得益于它收发同频。除四大技术特点外,TD-SCDMA还有终端费用低、运营成本低的优势,终端费用低得益于TDD工作模式;运营成本低得益于收发同频,不需要成对频点。

美信公司新推出的商用TD-SCDMA手机射频套片共有两颗:MAX2507和MAX2392。MAX2507是发射芯片,集成了自模拟I/Q至功放输出的所有电路,主要功能模块有:I/Q正交调制器、混频器、可变增益放大器、功率放大器、射频本振VCO、射频锁相环、中频本振电路、射频功率检波器。MAX2392 是零中频接收芯片,集成了自低噪声放大器至模拟I/Q输出的所有电路,主要功能模块有:低噪声放大器、I/Q正交解调器、可变增益放大器、信道选择滤波器、DC-Offset自动去除电路、I/Q幅度自动校准电路、VCO、锁相环。为方便用户设计,MAXIM还提供有完整的参考设计方案(图1),该参考设计的有效射频PCB面积为6.6平方厘米,工作在3-3.6V,可直接由单节锂电池供电。


                                                     图1:TD-SCDMA手机射频单元参考设计功能框图

3GPP针对TD-SCDMA终端规定了很多技术指标,这些指标根据其制定的目的可以分作三大类:一是为满足系统自身的需要而设定的指标,如发射机输出功率等级、功率控制精度、最小可控发射功率、发射信号调制精度EVM、接收机灵敏度、最大可接收信号幅度、频率稳准度等;二是为反映系统鲁棒性而设定的指标,如接收机杂散响应指标、抗单音双音干扰指标、接收机邻道选择性指标ACS等;三是为防止该系统对系统自身或其它系统造成干扰而设定的指标,如收发信机杂散辐射指标、发射机邻道功率泄漏ACLR、发射信号频域模板、发射机互调指标等。对于这些指标的详细论述,请参考3GPP相关标准。本文以MAXIM参考设计为例,仅就一些具有挑战性的指标加以讨论。

ACLR指标

ACLR指标是为防止发信机对邻近频点信道造成干扰而设定的指标,它也是衡量发射机非线性失真程度的一个重要指标。TD-SCDMA信号属于非恒包络调制,它的成型滤波器是根升余弦滤波器,滚降系数为0.22,因此当通道存在非线性幅度压缩时,在TD-SCDMA信号频谱两侧会产生新的频谱成份,ACLR指标是指落入邻近信道的信号与主信道信号功率之比。TD-SCDMA标准规定相邻信道ACLR指标应不大于-33dBc,隔一信道该指标应不大于-43dBc,但当泄漏到邻近信道的信号功率小于-55dBm时,可不考虑ACLR指标。MAXIM参考设计在最大发射功率时,邻信道与隔一信道ACLR指标都有较大余量。

MAX2507还有一个特点就是它在小信号发射时,ACLR指标并不是变得非常好,看来是一个缺点,实际上这恰恰是MAXIM工程师在设计MAX2507时的独具匠心之处。MAX2507保证ACLR指标在所有发射功率电平下均能满足标准要求,且有一定余量的同时,根据发射功率大小自适应地调整功放偏置电流,这使得该芯片在实际应用中非常省电。

发射信号频谱模板

发射信号频谱模板与ACLR同是为防止发信机对邻近频点信道造成干扰而设定的指标,同是由通道的非线性幅度压缩而引起的,较ACLR指标相比,该指标更严格一些。ACLR指标只是粗略地规定了再生频谱分量与主信道频谱分量功率之比,而频谱模板则详细规定了再生频谱分量在偏离载波0.8MHz至4MHz范围内的相对大小。如果你测试过一些线性功放,你就会发现有时ACLR指标很好,但却不能满足频谱模板的要求,原因是再生的频谱分量上下两个边带不对称,且边带的形状并不是想象中的3阶、5阶频谱的叠加形状,其形状之所以较理想非线性产物频谱有较大差异,是因为它和非线性器件输入输出匹配有关。虽然MAX2507已设计成50欧姆输入输出阻抗以方便客户使用,但实际应用中MAX2507功放前后的电路并不总是很理想,这样就造成了再生频谱分量的不对称和某些频点处有凸包出现,以至于不能满足频谱模板的要求。为对付该问题,MAXIM在MAX2507内部设计了一个巧妙的电路,通过更改寄存器数值来补偿外部电路的非理想性,从而可以轻松解决该问题。


                                              图2:交叉调制现象举例

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