介绍一种 WiMax 双下变频 IF 采样接收机设计方案

介绍了一种 WiMax 双下变频 IF 采样接收机设计方案，详细阐述了其背景知识、架构、实现方法、性能评估等内容，为相关工程人员提供了全面的设计参考。
*附件：一种WiMax双下变频IF采样接收机设计方案.pdf

1. 背景知识
   • OFDM 调制方案 ：WiMax 标准采用 OFDM 调制，利用 IQ 调制副载波实现高数据传输速率，且对多径传播有强适应性。
   • 接收机灵敏度要求 ：根据 IEEE802.16 - 2004 标准，WiMax 接收机在不同编码率和通道宽度下有相应基准灵敏度，如 1.5MHz 通道宽度（编码率 QPSK）为 - 91dBm，20MHz 通道宽度（编码率 64 - QAM）为 - 65dBm，接收机 NF 需达 7dB（含 5dB 执行裕量）。
   • 最大输入功率限制 ：802.16 标准规定成功检测的最大输入功率为 - 30dBm，设备需承受 0dBm 输入电平而不损坏，同时对相邻和非相邻通道抑制有要求，以维持目标信号 BER 在一定水平。
2. 架构设计
   • 双下变频 IF 采样架构优势 ：适用于处理 WiMax 等大信号带宽系统，多下变频可提高接收机灵敏度和抗阻塞信号能力，双下变频允许使用高第一 IF，使镜像频率带超出前端滤波器通带范围。
   • IF 中心频率选择 ：以 14 位 ADC 为基础，考虑杂散轨迹和可用滤波器等因素，第一 IF 选择 374MHz，第二 IF 选择 70MHz，二者分别有多种优势且市场上有合适滤波器可选。
   • 级联性能预期 ：给出了接收机信号链从频段选择滤波器输出端到 ADC 接口的预期动态性能，包括增益、IIP3 和 NF 等参数。
3. 实现方法
   • 频段选择滤波器 ：多家制造商提供相关滤波器，腔体滤波器插入损耗低、阻带抑制强，陶瓷滤波器成本低，根据接收机需求选择了 Digital Communications Inc. 生产的 10 段通带腔体滤波器（中心频率 2350MHz）。
   • LNA 设计 ：第一 LNA 级选用 Agient Technologies 的 ATF541M4 GaAs E - mode pHEMT，其低噪声和高 OIP3 特性对接收机总体灵敏度至关重要，第一级和第二级 LNA 电路实现模式及性能已给出，两级间使用简单高通滤波器改善镜像抑制性能。
   • 混频器与 PLL ：信号经 ADL5350 混频器下变频至 374MHz IF，该混频器为单端无源且内置 LO 缓冲放大器，需外部电路提供驱动和滤波；用于生成 LO1 的第一个 PLL 采用小数分频 ADF4153 合成器，闭环带宽约 30kHz，相位抖动估算值 0.3 度。
   • 滤波器与放大器 ：374MHz 信号经 SAW 滤波器进行通道选择，再由 AD8344 有源混频器下变频至 70MHz IF，该混频器采用低本振方案，由 ADF4360 - 8 提供 304MHz LO，其转换增益、IIP3 和 SSB NF 等性能良好，70MHz 输出经四阶低通滤波器抑制杂散；然后信号通过 AD8370 数控可变增益放大器调节增益，再由 AD9246 进行 IF 采样，ADC 具有高模拟输入带宽和低功耗特点，采样时钟为 80MSPS，为避免降低 ADC 灵敏度，采用椭圆低通抗混叠滤波器。
4. 性能评估
   • 数据捕获与分析 ：利用 ADI 公司的高速 ADCFIFO USB 评估套件捕获 ADC 采样数据，通过 ADC Analyzer 软件分析时域及频域性能，如单音和双音失真性能、EVM 性能等。
   • 选择性测量 ：测量接收机选择性，在缺少前端频段选择滤波器时选择性良好，加上前端滤波器后，相邻 RF 频段抑制性能超 60dB。
   • 性能总结 ：接收机性能全面总结，如增益范围、EVM、IIP3、NF、镜像抑制、相邻通道抑制和功耗等参数，设计在一定输入信号功率范围内性能优良。

审核编辑 黄宇