在滿足宏蜂窩基站性能要求的前提之下，集成度究竟能夠達到多高? 工藝技術仍然限定某些重要的功能部件必須采用特殊工藝來制造：在射頻(RF)領域采用GaAs和SiGe工藝，高速ADC采用細線CMOS工藝，而高品質(zhì)因數(shù)(High-Q) 濾波器則無法采用半導體材料很好地實現(xiàn)。此外，市場對于提高集成度的需求并沒有停止。

考慮到上述問題，凌力爾特決定采用系統(tǒng)級封裝(SiP)技術來開發(fā)占板面積約為1/2平方英寸(僅剛剛超過3cm2)的接收器。接收器的邊界處有50Ω RF輸入、50Ω LO輸入、ADC時鐘輸入及數(shù)字ADC輸出。該邊界留待增加低噪聲放大器(LNA)和RF濾波，用于輸入、LO和時鐘發(fā)生，以及數(shù)字輸出的數(shù)字處理。在15×22mm封裝內(nèi)是一個采用SiGe高頻組件、分立無源濾波和細線CMOS ADC的信號鏈路。

本文將對LTM9004微型模塊(µModule)接收器(一款直接轉(zhuǎn)換接收器)進行設計分析。

設計目標

設計目標是通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)上行鏈路頻分雙工(FDD)系統(tǒng)，特別是處于工作頻段I的中等覆蓋范圍基站(詳見3GPP TS25.104 V7.4.0規(guī)范)。對于接收器而言，靈敏度是一個主要的考慮因素，輸入信噪比(SNR)為-19.8dB/5MHz時，所要求的靈敏度≤-111dBm。這意味著接收器輸入端的有效噪聲層必須≤-158.2dBm/Hz。

設計分析：零IF或直接轉(zhuǎn)換接收器

LTM9004是一款采用了I/Q解調(diào)器、基帶放大器和雙通道14位125Msps ADC的直接轉(zhuǎn)換接收器。LTM9004-AC低通濾波器在9.42MHz頻率下具有一個0.2dB的拐角，從而允許4個WCDMA載波。LTM9004可與RF前端一起使用，構成一個完整的UMTS頻段上行鏈路接收機。RF前端由一個雙工器以及一個或多個低噪聲放大器(LNA)和陶瓷帶通濾波器組成。為最大限度地減低增益和相位失衡，基帶鏈路采用了一種固定增益拓撲結構。因此，在LTM9004之前需要布設一個RF可變增益放大器(VGA)。

LTM9004微型模塊(µModule)接收器評估板。

考慮到RF前端的有效噪聲影響，由LTM9004所引起的最大可容許噪聲必須為-142.2dBm/Hz。LTM9004的典型輸入噪聲為-148.3dBm/Hz，由此計算出的系統(tǒng)靈敏度為-116.7dBm。

通常，此類接收器可受益于ADC之后的某些數(shù)字化信號之DSP濾波。在這種情況下，假設DSP濾波器是一個具有α=0.22的64抽頭RRC低通濾波器。為了在出現(xiàn)同信道干擾信號的情況下工作，接收器在最大靈敏度下必須擁有足夠的動態(tài)范圍。UMTS規(guī)范要求最大同信道干擾為-73dBm。請注意，對一個具有10dB峰值因數(shù)的已調(diào)制信號而言，在LTM9004的IF通帶之內(nèi)，-1dBFS的輸入電平為-15.1dBm。在LTM9004輸入端，這相當于-53dBm，或者-2.6dBFS的數(shù)字化信號電平。
 
當RF自動增益控制(AGC)設定為最小增益時，接收器必須能從手機中解調(diào)出預計所需的最大信號。這種要求最終將LTM9004必須提供的最大信號之大小設定在-1dBFS或其以下。規(guī)范中所要求的最小路徑損耗為53dB，且假定手機的平均功率為+28dBm。那么在接收器輸入端，最大信號電平即為-25dBm。這等效于-14.6dBFS的峰值。

UMTS系統(tǒng)規(guī)范中詳細說明了幾種阻斷信號。在存在此類信號的情況下只允許進行規(guī)定了大小的減敏，靈敏度指標為-115dBm。其中的第一種是一個相距5MHz的相鄰信道，其電平為-42dBm。數(shù)字化信號電平的峰值為-11.6dBFS。

DSP后處理將增加51dB抑制，因此，這個信號在接收器輸入端相當于一個-93dBm的干擾信號。最終的靈敏度為-112.8dBm。

而且，接收器還必須與一個相隔≥10MHz的-35dBm干擾信道競爭。μModule接收器的IF抑制將使這個干擾信道衰減至相當于峰值為-6.6dBFS的數(shù)字化信號電平。經(jīng)過DSP后處理，其在接收器輸入端上相當于-89.5dBm，最終的靈敏度為-109.2dBm。另外，還必須考慮到帶外阻斷信號，但這些帶外阻斷信號的電平與已經(jīng)討論過的帶內(nèi)阻斷信號相同。

在所有這些場合中，LTM9004的-1dBFS典型輸入電平均遠遠高于最大預期信號電平。請注意，已調(diào)制信道的峰值因數(shù)將大約在10dB-12dB，因此，在LTM9004的輸出端上，其中最大的一個將達到約6.5dBFS的峰值功率。

最大的阻斷信號是-15dBm連續(xù)波(CW)音調(diào) (超過接收頻段邊緣≥20MHz)。RF前端將對這個音調(diào)提供37dB抑制，因此，它出現(xiàn)在LTM9004的輸入端時將為-32dBm。此時，這種電平值的信號仍然不允許降低基帶μModule接收器的靈敏度。等效的數(shù)字化電平峰值僅為-41.6dBFS，因此對靈敏度沒有影響。

另一個不想要的干擾信號功率源來自發(fā)送器的泄漏。因為這是一種FDD應用，所以此處描述的接收器將與一個同時工作的發(fā)送器相耦合。該發(fā)送器的輸出電平假定為≤+38dBm，同時“發(fā)送至接收”的隔離為95dB。那么，在LTM9004輸入端上出現(xiàn)的泄漏為-31.5dBm，相對于接收信號的偏移至少為130MHz。等效的數(shù)字化電平峰值僅為-76.6dBFS，因此不會降低靈敏度。

直接轉(zhuǎn)換架構的一個挑戰(zhàn)是二階線性度。二階線性度不理想將允許任何期望的或不期望的信號進入，這將引發(fā)基帶上的DC失調(diào)或偽隨機噪聲。如果這種偽隨機噪聲接近接收器的噪聲電平，那么上面詳細討論過的那些阻斷信號將降低靈敏度。在這些阻斷信號存在的各種情況下，系統(tǒng)規(guī)范都允許靈敏度降低。按照系統(tǒng)規(guī)范的規(guī)定，-35dBm阻斷通道可以使靈敏度降至-105dBm。如上文中看到的那樣，這種阻斷信號在接收器輸入端上構成了一個-15dBm的干擾信號。LTM9004輸入所產(chǎn)生的二階失真大約比熱噪聲低16dB，結果，預測的靈敏度為-116.6dBm。

-15dBm的CW阻斷信號還將導致二階分量；在這種情況下該分量是一個DC失調(diào)。DC失調(diào)是不希望有的，因為它減小了A/D轉(zhuǎn)換器能夠處理的最大信號。一種減輕DC失調(diào)影響的可靠方法是，確�；鶐Е蘉odule接收器的二階線性度足夠高。在ADC的輸入端，由于這一信號所產(chǎn)生的預測DC失調(diào)<1mV。

請注意，系統(tǒng)規(guī)范中并不包括發(fā)送器泄漏。所以，因這一信號產(chǎn)生的靈敏度下降必須保持在最低限度。發(fā)送器的輸出電平假定為≤+38dBm，與此同時，“發(fā)送至接收”隔離為95dB。LTM9004中產(chǎn)生的二階失真導致的靈敏度損失將<0.1dB。

在規(guī)范中對于三階線性度僅有一個要求。這是在存在兩個干擾信號的情況下，靈敏度不得降至低于-115dBm。這兩個干擾信號是一個CW音調(diào)和一個WCDMA信道，它們的大小均為-48dBm。這些干擾信號均以-28dBm的大小出現(xiàn)在LTM9004的輸入端。它們的頻率與期望的信道相隔10MHz和20MHz，因此，三階互調(diào)分量將位于基帶上。此時這個分量仍然以偽隨機噪聲的形式出現(xiàn)，因而致使信噪比降低。LTM9004中產(chǎn)生的三階失真比熱噪聲層大約低20dB，預計的靈敏度下降值<0.1dB。

測量性能

通過采用評估板，LTM9004-AC獲得了優(yōu)異的測試結果。測試裝置包括兩個用于RF和LO的Rohde & Schwarz SMA 100A信號發(fā)生器以及一個用于ADC時鐘和TTE嵌入式濾波器的Rohde & Schwarz SMY 01發(fā)生器。

采用5V和3V電源時，LTM9004-AC的總功耗為1.83W。其AC性能包括72dB/9.42MHz SNR和66dB SFDR。

結論

LTM9004不但擁有UMTS基站應用所需的高性能，而且還提供了對于緊湊型設計而言必不可少的小尺寸和高集成度。通過運用SiP技術，這款μModule接收器可采用以最優(yōu)工藝(SiGe、CMOS)制作的組件及無源濾波器元件。（作者：Douglas Stuetzle，高級模塊設計工程師；Todd Nelson，模塊開發(fā)經(jīng)理，凌力爾特公司）