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2.4G直接下变频接收机射频前端的设计与研究 摘 要：射频前端模块性能关系到整个接收机性能，直接下变频接收机有体积小，价格低和高集成度优点而受到了广泛重视。本文对直接下变频接收机进行了研究，分析了该接收机特点，提出了一种直接下变频接收机射频前端实现方案，并用软硬件平台对其实现，实测2.4G本地振荡信号和接收机解调信号表明达到系统要求指标。 关键词：直接下变频接收机，频率合成器，射频前端 前言 现在接收机大多是超外差结构，微弱高频无线信号经过一级或者两级混频电路，去掉其它信道干扰并获得足够增益，最终完成信号解调。这种接收机结构复杂，存在镜像干扰，同时需要高Q值，体积大IF滤波器，因此使得系统复杂化，集成困难。针对超外差接收机缺点，现在提出了直接下变频接收机，直接下变频接收机本振与载波频率相等，直接将射频信号变换到基带, 因此不存在镜像干扰，不需要镜像干扰抑制滤波器。中频模块节省可以大大简化系统，有利于单片系统集成。同时信号放大和滤波都主要在基带进行，降低了能耗。因此直接下变频接收机在无线通信领域受到了广泛关注。 1直接下变频接收机总体功能描述 PCbfans.cn提示请看下图: 图1直接下变频接收机框图 天线接收到2.4G射频信号首先经过天线匹配电路，在接收时隙内微弱信号经过低噪放大器放大和带通滤波器滤波，得到射频信号分别与互为正交两路本振信号混频，产生同相和正交两路基带信号。增益可编程放大器放大I/Q两路信号后，再通过低通滤波器完成信道选择。得到信号送入ADC中采样，经后级DSP处理恢复出原信号。 2 直接下变频接收机关键部分设计 2.1接收机芯片选择 接收机主要有三部分组成：低噪声放大器，正交解调器和本地振荡器。 根据Friis表达式，N级级联系统中噪声因子为： PCbfans.cn提示请看下图: 从上式可以看出射频放大级主宰了接收机整体噪声系数，与接收机性能密切相关。由于射频放大级增益，使整个噪声指数才增加并不多，但是太高射频放大级增益，对于后级线性度和稳定度都有影响，在这里我们采用是应用于2.4GHz WLAN,ISM和蓝牙无线系统高线性低噪放大器max2644,增益16dB，噪声系数2dB。 接收机解调芯片采用美信公司一款工作在2.1G ～2.5G零中频结构正交解调芯片，该芯片包括正交下变频器，基带可控增益放大器，基带增益平衡调控电路和偏置电路。正交混频器具有18dB电压增益和较好线性度。芯片采用新颖可变增益放大器，I/Q两路信号分别采用了总增益80dB，可控增益达60dB两级增益可调放大器，第一级是一个级联差分输入单端输出宽带放大器，它设计目标是在高增益状态下低噪声，低功耗以及线性度。第二级也是一个差分输入单端输出宽带放大器，在两级放大器之间加入低通滤波器可以构成信道选择滤波器，从而达到抑制相邻信道功率作用。 本地振荡器采用ADI公司ADF4360-1芯片。 2.2接收机本振设计 接收机通过混频器实现2.4G直接变频到基带，因此需要一个2.4G本地振荡信号，同时要求本振信号频率精度和稳定度高，相位噪声小。锁相环是一种建立在相位负反馈基础之上闭环控制系统，对相位噪声和杂散具有很好抑制作用，在电视，仪器，通信等领域得到了广泛应用。该接收机本振设计中采用ADI公司ADF4360-1 芯片，它射频输入频率在2050M－2450M，内置可编程分频器，具有电荷泵电流编程功能，可应用于无线射频通信系统，是一款性价比很高电荷泵锁存芯片。 PCbfans.cn提示请看下图: 图2 频率合成器原理框图 在设计中，通过单片机89C2051控制ADF4360-1CLOCK，DATA和LE信号，在频率合成器芯片内部完成参考晶振R分频和压控振荡器N分频相位比较，并且转换成相应线性电压后从CP0输出，经过3阶环路滤波器滤出高频干扰信号后，得到一稳定电压来控制压控振荡器输出，最终信号频率被锁定在2.4G上。 PCbfans.cn提示请看下图:PCbfans.cn提示请看 下图: 图3 ADF4360-1芯片组成锁相环电路和三阶环路滤波器电路 在ADF4360-1中主要有一个低噪声鉴相器，一个精密电荷泵，一个可参考分频器R，可编程A及B计数器，和一个双模分频器(P/P 1)，频率合成器分频比为N,并且满足N=B*P A, 因为ADF4360-1里面集成了一个VCO，所以在芯片外部加上一个环路滤波器就可以构成一个完整锁相环电路，这样芯片集成度更高。它输出频率为fout=N*fin/R,为了得到性能优良本振信号，参考晶振采用10M温度补偿晶振，鉴相频率定为200KHZ,因此R＝50，N=1