TD-SCDMA RD V2.1设计满足Rx屏蔽掩模和灵敏度要求

本应用笔记介绍了Maxim的第二代TD-SCDMA射频收发器芯片组及其V2.2参考设计。它还讨论了一些关键系统问题，如灵敏度和阻塞测试，为了创建最佳的TD-SCDMA RF设计，需要仔细考虑这些问题。

美信TD-SCDMA射频收发器芯片组

Maxim的TD-SCDMA手机射频芯片组由MAX2507（Tx）和MAX2392（Rx）组成。两款RF IC均采用Maxim内部高频工艺技术制造。MAX2507为完全集成的发送芯片，包括从模拟I/Q输入到功率放大器输出的电路。其主要功能模块包括 I/Q 正交调制器、上变频器、可变增益放大器 （VGA）、RF 压控振荡器 （VCO） 和锁相环 （PLL）、IF 本振生成器和 RF 功率放大器 （PA）。该器件采用 7mm x 7mm 焊盘栅格阵列 （LGA） 封装。配套的零中频接收器MAX2392包括从低噪声放大器（LNA）到模拟I/Q输出的电路。其主要功能模块包括LNA、RF I/Q解调器、RF VCO和PLL电路、基带通道选择滤波器、直流失调校正电路和自动增益控制（AGC）基带放大器。MAX2392采用5mm x 5mm QFN封装。便于 OEM 无线电射频板设计的完整参考设计显示，有效整体 PCB 尺寸为 6.6cm2.参考设计的功能框图如图1所示，参考板的照片如图2所示。

TD-SCDMA 标准中的接收要求

TD-SCDMA标准的主要Rx要求如表1所示。需要满足的最低灵敏度为-108dBm，而阻塞规格是具有频率偏移的峡谷形状。

图1.TD-SCDMA 参考设计功能框图。

图2.TD-SCDMA 参考设计板。

 

一般要求
描述	规范	注意
频带	2010兆赫至2025兆赫	—
误码率	< 0.001	—
Eb/NT	5.2分贝	估算/模拟 可能会有变化
接收灵敏度	-108分贝	12.2kbps 数据速率
最大输入电平	-25分贝/1.28兆赫	DPCH_Ec/Ior 为 7dB
相邻通道选择性 （ACS）	33分贝	±1.6MHz 频率偏移
接收器系统NF	< 6.8分贝	客户建议
I 和 Q 输出功率	1VP-P负载为 2kΩ	客户建议
I 和 Q LPF 要求	40.5MHz 时为 -12dBc，3kHz 时为 -800dBc，贝塞尔响应， 相位延迟为 3°，0kHz 以下的 2.640dB 安培纹波	客户建议 采用MAX4134运算放大器设计

阻止要求
带内阻塞	案例1	案例2
阻塞偏移	±3.2兆赫	±4.8兆赫
所需信号电平	-105分贝/1.28兆赫	-105分贝/1.28兆赫
不需要的信号电平（调制）	-61分贝/1.28兆赫	-49分贝/1.28兆赫

带外阻塞
参数	波段 1	波段 2	波段 3	单位
所需信号电平	-105	-105	-105	分贝/1.28兆赫
不需要的信号电平 （CW）	-44	-30	-15	分贝
频带	1840年 < < 1885年 1935年 < < 1995年 2040年 < 2095年<	1815年 < f < 1840年 2095年 < f < 2120	1年 < f < 1815年 2120年 < f < 12750	兆赫

 

灵敏度和阻断规格分析及测量结果

接收器灵敏度是一种系统规格，受RF通道中的信号质量和DSP调制解调器部分的基带处理的影响很大。在最小输入信号电平条件下，RF通道质量完全受接收器噪声贡献的限制，噪声贡献由其噪声系数（NF）决定。请注意，在这些信号条件下，不考虑接收器相位噪声，因为它的电平远小于热噪声的水平。因此，接收器相位噪声对输入SNR的退化影响最小。在 3GPP TR 25.945 标准 [3] 中，接收器灵敏度规定为 -108dBm。基于典型基带处理增益和解调后所需的BER，该接收器灵敏度对应于9dB的最大接收器NF。TD-SCDMA参考设计接收器路径的实测噪声系数（如图1所示）约为5.7dB。因此，相应的测量灵敏度为-111dBm，比标准规格增加了3dB裕量。

带内阻塞信号对接收机性能的影响通常表现为三种现象：交叉调制、二阶互调产物和互易混频，以下三个小节将对此进行讨论。

交叉调制

图3.交叉调制产品。

图3显示了放大器或混频器等非线性元件中发生的交叉调制现象。图中，f 处的信号1是具有一定带宽的调制阻塞器，CW信号在f2表示所需的信号。在放大器输出端，三角互调产物在f2以所需的信号频谱为中心。这种交叉调制产物通常与元件的三阶非线性特性有关，因此也与元件的三阶交调截点有关。当阻塞信号具有类似高斯噪声的正态分布时，可以使用以下公式估算所得交叉调制产物的功率：

在输入信号也被调制的情况下，输出乘积的形状是三角形的卷积和信号功率频谱密度函数。当阻塞信号特性偏离高斯噪声样正态分布时，交调产物变小。当干扰信号被视为具有恒定包络的调制阻塞信号时，交叉调制产物为零。

3GPP TDD标准规定，在±3.49MHz偏移时，-4dBm调制干扰源的灵敏度允许8dB下降。如果我们认为灵敏度下降完全由交叉调制产物引起，那么只要交叉调制产物的功率相对于接收器在灵敏度水平下的带内热噪声功率较小，就可以达到该性能水平。假设接收器的噪声系数小于标准要求的9dB，我们可以从公式2中推导出等效接收器的三阶交调截点，由交叉调制决定。

二阶互调积 （IM2）

图4.二阶交调积。

调制阻塞器产生的二阶交调产物由三个分量组成，如图2所示：直流偏移、4Hz左右的低频产物和0f左右的产物1.当阻塞信号的信号统计服从类似高斯噪声的正态分布时，三个分量的功率相等，可以使用图4所示的公式进行估算。当阻塞信号的信号统计接近恒定包络信号时，低频产物的功率电平最小化。当干扰信号是恒定包络阻塞信号时，输出端不会产生低频IM2产物。在零中频接收器的I/Q输出端，这些低频和DC IM2分量落在所需的下变频信号频段内，可能导致接收器性能下降。在MAX2392接收器电路中，直流失调在片内被移除;因此，在查看接收机干扰预算时，只需要考虑低频IM2产品。

3GPP TDD标准规定，在±3.49MHz偏移时，-4dBm调制干扰源的灵敏度允许8dB下降。与交叉调制情况类似，如果考虑到灵敏度下降仅由低频IM2乘积引起，并且接收器的NF小于标准要求的9dB，我们可以估计所需的接收器二阶交调截点IIP2，接收，如公式3所示。假设后混频基带选择滤波器中消除了下变频带内阻塞信号，则接收器二阶交调截点完全由零中频下变频器模块的交调截点决定。

注意：“-3”一词取决于调制指数。

MAX2392有四种工作模式。建议使用高增益高线性度 （HGHL） 和高增益中等线性度 （HGML） 模式，以便在存在大阻塞信号的情况下接收微弱信号。两种模式均可产生测量的 IIP2，接收 >参考设计接收器部分为+15dBm，满足要求，裕量至少为12dB。

相位噪声和倒易混频

3GPP TD-SCDMA标准没有明确规定VCO的相位噪声;相反，它派生自依赖于它的其他规范。如前所述，发射器EVM是受发射器VCO+PLL相位噪声影响的参数之一，尽管它对无线电没有严格的相位噪声要求。接收器灵敏度也取决于LO相位噪声，但它也不会对无线电提出严格的相位噪声要求，即使在16QAM调制的情况下也是如此。倾向于对LO相位噪声施加严格规范的两个规范是阻塞和双音交调特性的最低要求。这些强加的规格表现为一种称为倒易混频的现象，或将LO边带噪声调制到干扰源上，如图5所示。

图5.将LO相位噪声相互混合到干扰器上。

如阻塞和双音互调要求讨论中所述，在这些测试场景中，接收器灵敏度允许降低3dB。我们假设所有劣化都是由于相位噪声互易混合造成的，并且接收器噪声系数小于标准要求的9dB。然后，我们可以使用以下公式推导出所需的LO相位噪声：

阻塞和双音交调测试用例中记录的最大干扰功率为-46dBm音调，与所需信号中心频率偏移±3.2MHz。将该值代入上式，我们得到接收器LO相位噪声在载波偏移119.3MHz时小于-2dBc/Hz的要求。MAX2392 VCO的实测相位噪声为-129dBc/Hz，满足裕量为10dB的要求。

对于带外阻塞，LNA之前的SAW滤波器将所有带外干扰降低到可接受的水平，以避免LNA压缩。LNA和混频器之间可能不需要SAW滤波器，因为与混频器IP2和IP3相比，LNA输出端的阻塞电平已经足够低。级间滤波器提供所需的巴伦功能，因此无需额外费用即可提供额外的滤波优势。例如，在±85MHz偏移时，指定的阻塞信号为-15dBm。如果SAW提供30dB衰减，则LNA处的阻塞电平为-46dBm（T/R开关的1dB损耗），这与带内阻塞电平相似，可以通过上述方法从IM2和IM3的角度进行分析。测量结果表明，在每个阻断器测试中，3GPP 要求的裕量至少为 3dB。

总结

Maxim的TD-SCDMA参考设计V2.1完全符合3GPP标准要求，所有关键接收器规格的裕量至少为3dB。

审核编辑：郭婷