一種大動態(tài)接收信道的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王軍正

摘要：本文介紹了一種大動態(tài)，高線性的接收信道的設(shè)計(jì)方案，針對系統(tǒng)的要求，介紹了接收信道的設(shè)計(jì)原理，指標(biāo)分配和接收信道噪聲系數(shù)計(jì)算等，該接收信道已成功應(yīng)用于某型遙控遙測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：AGC（自動增益控制）；RSSI(接收信號指示強(qiáng)度)；噪聲系數(shù)；大動態(tài)；低噪聲放大器；混頻1概述

接收信道的主要功能是將天線接收的弱小高頻信號經(jīng)過低噪聲放大器進(jìn)行放大，然后與本地頻率合成器產(chǎn)生的振蕩信號通過混頻器進(jìn)行混頻，混頻輸出的中頻信號進(jìn)過濾波、放大得到幅度穩(wěn)定的中頻信號。接收信道的輸出電平幅度取決于輸入信號的電平大小和接收信道的增益，由于接收信道的信號范圍變化較大，可以使1微伏或幾十微伏，甚至可達(dá)上百毫伏，強(qiáng)弱信號的變化可達(dá)100分貝左右，這個變化范圍稱為接收信道的動態(tài)范圍，以本接收信道為例，對接收信道的動態(tài)范圍要求很高，不僅要保證-95dBm的小信號得到良好的信噪比，還要保證0dBm的信號不會出現(xiàn)阻塞，還要保證中頻信號的幅度穩(wěn)定。接收信道的前端低噪聲放大器必須要由較大增益，為了解決這一矛盾，必須采用特殊的射頻自動增益（AGC）來實(shí)現(xiàn)。圖1給出了大動態(tài)接收信道的設(shè)計(jì)原理框圖。

2電路設(shè)計(jì)

接收信道采用兩次混頻來實(shí)現(xiàn)，接收信道主要由開關(guān)高增益放大器、混頻器、濾波器、中放和兩級AGC電路組成。帶通和鏡頻抑制濾波器的作用是抑制帶外的雜波干擾和混頻鏡象頻率處的噪聲，降低接收機(jī)的噪聲系數(shù)。

⑴開關(guān)高增益放大器的設(shè)計(jì)。開關(guān)高增益放大器的指標(biāo)設(shè)計(jì)要求為：1)工作頻段：L波段,帶寬100MHz；2)噪聲系數(shù)≤1.5dB；3)增益：>35dB或0dB；4)輸入駐波比≤1.5。

⑵接收通道AGC的設(shè)計(jì)。由于接收信道的動態(tài)范圍要求較高，因此AGC電路的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，如果AGC電路完全放在接收信道的射頻端，則會造成接收信道噪聲系數(shù)的嚴(yán)重惡化，如果AGC電路完放在接收信道的中頻放大器上，則要求前端低噪聲放大器必須要求很高增益，則會造成接收到大信號出現(xiàn)阻塞，影響接收性能，使接收信道不能正常工作。

接信道AGC的設(shè)計(jì)思想是采用射頻AGC控制前端的增益，實(shí)現(xiàn)35dB的AGC控制；采用AGC控制兩級二中放的增益，實(shí)現(xiàn)70dB的AGC控制，由此可看出整個接收機(jī)的動態(tài)范圍可達(dá)100dB以上。

考慮到開關(guān)高增益放大器的增益設(shè)置為35dB，為了保證開關(guān)高增益放大器的線性，在設(shè)計(jì)時設(shè)置-40dBm的射頻輸入信號作為門限，當(dāng)-95dBm~-40dBm的射頻信號進(jìn)入接信道，開關(guān)倒向低噪放，使低噪放的增益為35dB，以滿足小信號情況下接收機(jī)對信噪比的要求；當(dāng)信號電平大于-40dBm時，開關(guān)倒向直通端，使低噪放的增益為0dB，天線接收的射頻信號直接進(jìn)入鏡頻抑制濾波器，不會造成大信號阻塞。

AD8309是AD公司提供的高集成度中頻信號處理器件，可提供輸入信號強(qiáng)度成正比的電壓輸出，用來對輸入信號的強(qiáng)度進(jìn)行精確測量，即完成RSSI功能，其動態(tài)范圍可達(dá)100dB，工作頻率為5MHz～500MHz。AGC的檢波器采用兩片AD公司的AD8309來實(shí)現(xiàn)，利用對數(shù)放大器RSSI端輸出電壓與輸入信號的強(qiáng)度成正比的特性來實(shí)現(xiàn)AGC的設(shè)計(jì)。一片用于檢測第二中頻的信號，通過對RSSI的濾波放大產(chǎn)生AGC電壓用于控制兩級二中放的增益，另一片用于檢測第一中頻的信號通過對RSSI的濾波放大產(chǎn)生AGC電壓，為了保證兩級AGC的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，通過比較兩級AGC的電壓通過比較器產(chǎn)生一個階躍電壓來控制“開關(guān)高增益放大器”，實(shí)現(xiàn)前端AGC的控制。

⑶噪聲系數(shù)的估算。根據(jù)噪聲計(jì)算公式：

NF=NF1+(NF2-1）/KP1+(NF2-1）/(KP1 KP2）+……

可以看出第一中放電路噪聲對整機(jī)的影響較小，在計(jì)算通道噪聲系數(shù)時不予考慮。

接收信道的噪聲系數(shù)Nf主要取決于前級濾波器的插入損耗、低噪放以及從低噪放到第一級中頻放大器的插入損耗。

單獨(dú)估算混頻器的噪聲系數(shù)時，習(xí)慣上將混頻器的變損加0.5dB即表示混頻器的噪聲系數(shù)。

1）帶通濾波器的插損：2dB，對應(yīng)的噪聲系數(shù)為1.58；

2）低噪放的增益：35dB，噪聲系數(shù)：1.5；

3）鏡頻抑制濾波器的插損：3dB，對應(yīng)的噪聲系數(shù)為2；

4）混頻器的變損：8dB，對應(yīng)的噪聲系數(shù)為7。

接收信道噪聲系數(shù)為：

Nf=Nf1+（Nf2-1）/GP1+Nf3-1）/GP1GP2+（Nf4-1）/GP1GP2GP3+…

=1.58+(1.5-1)/10-0.2+(2-1)/10-0.2×103.5+(7-1)/10-0.2×103.5×10-0.8

=1.91

3結(jié)束語

本文所設(shè)計(jì)的接收信道，動態(tài)范圍大，可達(dá)100dB，增益高，噪聲小，具有很好的抗阻塞能力，電路設(shè)計(jì)簡潔，該電路已成功應(yīng)運(yùn)于某型接收設(shè)備中。

[參考文獻(xiàn)]

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