移動無線電用于公共安全和緊急服務 - 例如警察，消防和救護車 - 以及私人服務，例如車隊管理。為了提供增強的服務，以及更高的頻譜效率和覆蓋范圍，這些無線電的設計越來越多地從傳統的基于模擬的調制方案（如FM和PM）轉變為數字調制方法。

這些無線電的接收器必須能夠在存在大干擾信號的情況下準確地數字化低電平高頻信號。在使用某些窄帶移動標準的無線電中，干擾信號可比所需信道大70 dB，頻率偏移小至25 kHz。由于這些系統通常不是蜂窩式的，因此移動無線電的地理覆蓋范圍也是一個重要特征 - 它們必須具有出色的靈敏度，以恢復源自覆蓋范圍邊緣的用戶的低電平信號。作為進一步的復雜性，這些無線電通常是便攜式的，具有高使用率;他們要求使用體積更小，壽命更長的電池來降低功耗。

為了幫助設備設計人員，ADI公司推出了AD9870 IF數字化子系統，這是一款專為滿足移動無線電和類似設備的苛刻要求而設計的IC采用模擬和/或數字調制方案的超外差架構的窄帶無線電應用。 AD9870集成了整個IF條帶，外部元件極少。它可以接受頻率高達300 MHz的IF信號，帶寬高達150 kHz，并提供包含16位I和Q數據的串行數據輸出，然后可以使用主機處理器進行解調。 AD9870適用于基站和用戶單元，將基站所需的動態范圍與便攜式無線電所需的低功耗相結合。

所有接收器的主要問題是動態范圍

接收器的動態范圍決定了它在存在較大信號時恢復低電平信號的能力，稱為阻斷器和干擾源。圖1顯示了可以降低任何無線電接收器有效動態范圍的各種信號源。

假設當前頻譜中存在的唯一信號是“小目標信號”。最小可檢測信號或靈敏度將由信號帶寬（B），接收器的檢測閾值（SNRMIN），接收器的噪聲系數（NF）決定。 ）和固有的熱噪聲限制（kTB）。在290 K的溫度下，可以使用以下等式估算靈敏度：

靈敏度=SNRMIN+ 10log（B）+NF+（ - 174 dBm / Hz）

以下是一些潛在的噪聲源：

如果在下變頻之前對目標信號應用的增益不足，則低頻1 / f噪聲成為一個問題低于工藝技術1 / f角落的頻率。由偏移和二階失真引起的直流分量也可能存在問題。

大型干擾源的能量可以通過接收器LO的相位噪聲在很寬的頻率范圍內擴展，通過稱為“互惠混合”的過程。干擾信號越大，它越接近目標信號，目標信號越有可能被這種噪聲傳遞機制破壞。此外，如果此干擾源足夠大以在接收器的前端電路中引起非線性，則雜散分量可能會混合回目標信號的通帶。 “半中頻”問題是困擾二階線性度較差的接收機的特殊情況，其中在LO和目標信號之間的中間干擾產生二階分量，其與LO的二次諧波混合以產生刺激落在目標信號上。接收器的IIP2規范允許接收器設計者量化“半中頻”雜散。干擾水平，PIN與產生的二階雜散之間的差異或Δ是IIP2-PIN。由于IIP2為45 dBm，AD9870幾乎不受這種“半中頻”問題的影響。

來自目標信號的等間隔頻率偏移（即f0+Δ和f0+2Δ）的兩個大干擾通過互調過程導致雜散成分落在目標信號之上。在這種情況下，接收器的線性度在其IIP3規范中被捕獲，較高的數字表示對三階互調的較高容差。兩個相等干擾源PIN之間的差值或Δ，以及得到的三階互調分量，是2×（IIP3-PIN）。 AD9870具有-1 dBm的可觀IIP3，因此可以在降低接收器靈敏度之前容忍高達-45 dBm的干擾。

超外差架構

應對大干擾，否則降低接收機恢復目標低電平信號的能力，超外差架構用于將RF信號轉換為一個或多個中頻（IF），其中相鄰干擾信號的濾波以及相鄰干擾信號的放大和增益控制。目標信號更實用。超外差方案自第一次世界大戰以來一直在使用，直到今天仍是最受歡迎的無線電接收機架構。采用這種架構的通用版本，在窄帶數字接收器中很常見，如圖2中的信號鏈所示。

在RF到IF下變頻之前，頻段選擇濾波器（雙工器）和/或鏡像抑制濾波器選擇目標信號在其中工作的整個RF頻帶。低噪聲放大器（LNA）在降頻轉換之前提供預期RF頻段的放大，對于確定接收機的靈敏度至關重要。 RF混頻器之后的下變頻IF頻譜通常包含除目標信號之外的不同強度的信號陣列。信道選擇和放大發生在IF：通過一個或多個晶體或SAW型無源濾波器從其他信號中選擇目標信號。在濾波之后，目標信號經歷進一步放大，其信號強度通過AGC環路穩定在預設水平，以優化正交解調過程。在許多數字接收機中，IF模擬正交調制器將IF信號分離為其正交基帶I和Q分量，然后由雙ADC進行數字化。在這種情況下，解調信號的調制精度對于正交調制器和雙ADC中的模擬失調，正交LO失配和I / Q增益失配非常敏感。

AD9870架構

AD9870 IF數字化子系統通過集成大部分IF，基帶和一些數字后處理功能模塊，降低了典型超外差接收器的復雜性，如圖3所示。 / p>

AD9870與典型的超外差架構不同之處在于采用寬動態范圍帶通Σ-ΔADC來采樣第二IF信號以及任何相鄰信號干擾。目標IF信號的解調以數字精度和穩定性進行，而附近的干擾源可以通過數字濾波得到抑制。

圖4顯示了AD9870的功能框圖。與超外差結構的RF部分類似地起作用，使用LNA和混頻器將以第一中頻的中心頻率的目標信號放大和下變頻到適合于數字化的較低的第二IF。帶通ADC。

LNA和混頻器提供大約10.5 dB的增益，同時保留系統動態范圍，輸入噪聲系數為9 dB，三階截距為0 dBm。高輸入阻抗（360歐姆）簡化了與晶體或SAW濾波器的接口。片上LO PLL合成器可與外部環路濾波器和VCO結合使用，以產生可調LO頻率。

第二中頻信號正好以1為中心/ 8帶通ADC采樣率（即IF2=?CLK/ 8）允許簡單的?s < / sub> / 8數字正交解調方案。在向下轉換到第二個IF時，信號由可調（可編程）有源三階抗混疊濾波器（AAF）處理，以抑制可能的信號出現在采樣ADC的別名帶內（即N×?CLK/ 8±?CLK/ 8.AAF調諧電路可以支持ADC采樣率介于13和18 MHz之間，通常將3 dB截止頻率設置并調整為略高于第2 IF（即，?-3dB =?CLK/3.2）。

在AAF中嵌入一個可變增益放大器（VGA），可提供高達26 dB的增益范圍（圖5）。增益可以擴展AD9870的動態范圍，可以直接編程或通過自動增益控制（AGC）環路控制。通常在強信號條件下調用AGC環路，以防止A /的“過載”或削波通過在ADC輸入端保持可編程固定信號電平來實現D轉換器.AD9870實現了AGC的樂趣采用高效混合方法，如圖5所示：模擬和數字域在信號估計和控制中協同工作。

在強目標信號或干擾信號落入第一級20抽取數字濾波器的帶寬內的情況下，數字估計信號并與編程參考電平（AGCR）進行比較。兩個電平之間的差異被饋送到數字積分器，數字積分器更新控制DAC以調整VGA的模擬電壓。由于無法準確估計落在第一級數字濾波器通帶之外的強干擾信號，因此基于簡單差分比較器的模擬環路監視ADC的輸入，并在任何超量程條件下控制環路，以減少VGA增益。

外部電容用于平滑DAC的轉換，其時間常數由其電容和DAC的內部源電阻確定。 R-C截止頻率通常設置在控制系統的環路帶寬之外，以確保對環路動態的連續數字控制。控制環路帶寬可進行數字編程，可在很寬的范圍內改變攻擊和衰減時間，并能夠對任何過載情況作出反應。

包含VGA的任何窄帶接收器信號鏈的瞬時動態范圍取決于VGA的特定增益設置，因為信號路徑中每個級所貢獻的噪聲與“整體”輸入參考噪聲的比率隨著前一級的增益的增加而減小。這意味著由其噪聲系數NF描述的輸入噪聲通常由前幾個階段（即LNA和混頻器）控制，并且信號鏈末端的噪聲源（即ADC）對系統的影響最小。 NF，提供這些塊之間有足夠的增益。

對于AD9870，VGA的增益在25 dB范圍內名義上可調。圖6顯示了AD9870的噪聲系數如何受VGA增益設置的影響，因為目標信號（或干擾源）的輸入功率從-85 dBm增加到-23 dBm。在小信號條件下，VGA設置為最大增益; AD9870的噪聲系數由LNA /混頻器以及VGA的輸入噪聲設置。但是，隨著信號功率的增加，它會達到一個點（取決于AGC參考電平），VGA的增益開始下降，以防止ADC削波。此時，隨著信號功率的進一步增加，VGA增益降低，dB為dB。此外，在該區域中，ADC的輸入信號電平保持恒定，ADC的噪聲開始占主導地位，因此系統的NF也以每dB 1 dB的速率降低。隨著信號功率持續增加，達到一個點（即-26 dBm），在該點處VGA的增益被設置為其絕對最小值，并且在ADC輸入處看到信號電平的進一步增加，直到發生削波（即， -24 dBm）。

AD9870的“核心” - 使得低二次IF數字化方法在用于需要高動態范圍和最小功耗的無線電系統的IC中可行且實用 - 是帶通Σ-ΔADC（圖7）。該ADC與后端數字抽取濾波器一起，在10 kHz帶寬內實現了近14.5-ENOB性能，同時采樣中心頻率高達2.25 MHz的信號。它實現了這些規格，同時從3.0 V電源僅消耗13 mA。

sigma-delta ADC基于4階開關電容，多位調制器組成兩個級聯諧振器在噪聲傳遞函數（NTF）中提供兩對復零，落在?CLK/ 8附近。這些復數零點在第二IF頻率處的位置以及多位反饋路徑有助于確保在較窄區域內的低本底噪聲（±sub / 8）圍繞第二IF頻率。

來自ADC的數字輸出數據被送入AD9870的數字信號處理部分（圖8）。本節包含一個?CLK/ 8復數（或正交）解調器，后面是三個線性相位FIR濾波器。復合解調器在濾波之前將以CLK/ 8為中心的目標2nd-IF信號分離為其I / Q分量。

復合解調器的輸出頻譜包括目標信號，現在以“dc”為中心，以及在模擬域中未充分濾除的任何不需要的干擾和/或噪聲。一系列抽取濾波器可以去除這些不需要的組件，同時根據目標信道的帶寬降低數據速率。取決于調制方案，復數據速率（因此抽取因子）被設置為比信道帶寬大至少兩倍，以允許進一步的后處理。 DEC1和DEC2都使用級聯的4階梳狀濾波器拓撲; DEC2的抽取系數是用戶可編程的，以適應不同的信道帶寬。 DEC3是一個抽空3的FIR濾波器;它設置了復合濾波器的近端過渡帶特性。 DEC3的16位I-and-Q輸出饋入同步串行接口（SSI）功能，該功能將數據格式化為串行比特流并嵌入其他可選信息，如AGC，信號強度和同步 - 進入比特流。

可用性

AD9870于2001年冬季上市。它采用48引腳LQFP封裝，單價為16.96美元，單位為1,000片。 AD9870數據手冊可在ADI公司網站上找到。還提供評估板和相關軟件。

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