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寬帶CDMA發(fā)射機(jī)低相噪本振源的設(shè)計

云知道

作者：齊偉呂盛; ;費元春
摘要：分析研究了如何根據(jù)各類CDMA發(fā)射機(jī)整機(jī)指標(biāo)確定本振源的具體指標(biāo)；給出了一套EVM指標(biāo)的仿真程序，它可以綜合分析發(fā)射機(jī)各組成部分對整機(jī)EVM指標(biāo)的影響；給出了一整套器件指標(biāo)估算的方法，包括壓控振蕩器VCO相位噪聲確定，鎖相環(huán)路芯片（PLLIC）1Hz歸一化相位噪聲對相位誤差的影響 。
提供了基于ADS的PLL電路仿真程序，它可以方便地進(jìn)行相噪、雜散和穩(wěn)定度分析，并可以方便地與EVM仿真程序聯(lián)合使用 。
要害詞：碼分多址接入發(fā)射機(jī)誤差向量幅度本振源 鎖相環(huán)
CDMA及碼分多址接入，是一種基于擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)的多址接入方式 。它采用唯一的碼字將消息信號擴(kuò)展到相對更寬的頻帶上，從而減少干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)處理能力，并且可以區(qū)分用戶 。CDMA多址接入不要求分割頻率和時間，因而系統(tǒng)容量較高 。目前國際上主流的第三代移動通信技術(shù)（WCDMA，CDMA2000以及我國提出的TD-SCDMA）都采用了CDMA技術(shù) 。CDMA收發(fā)信機(jī)將成為今后通信產(chǎn)品的主流 。
本振源作為CDMA發(fā)射機(jī)心臟，對通信質(zhì)量有著舉足輕重的影響 。CDMA技術(shù)對線性度和調(diào)制精度有嚴(yán)格的要求，因此，如何根據(jù)整機(jī)指標(biāo)（如：誤差向量幅度-EVM，鄰道功率抑制比-ACPR），尤其是對本振源要求較高的多模手機(jī)，確定本振源可實現(xiàn)的具體指標(biāo)（相位噪聲等），并對電路進(jìn)行設(shè)計與優(yōu)化，成為各類CDMA通信設(shè)備設(shè)計者的新的挑戰(zhàn) 。
圖1; CDMA發(fā)射機(jī)框圖
本文介紹一款寬帶CDMA發(fā)射機(jī)的本振源設(shè)計過程，提供一整套針對CDMA發(fā)射機(jī)本振電路（鎖相環(huán)路）進(jìn)行的電路指標(biāo)確定、器件選取與參數(shù)設(shè)定以及電路設(shè)計的方案的可行性評估 。
另外，對發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的EVM指標(biāo)進(jìn)行了仿真，從而得出了合理的本振源相位誤差指標(biāo) 。為便于設(shè)計者對鎖相環(huán)路的優(yōu)化與仿真，筆者還編寫了一套ADS鎖相環(huán)路仿真程序，不同于常見的優(yōu)化和計算在后臺進(jìn)行的輔助程序 。在使用本仿真程序時，設(shè)計得可以調(diào)整任意參數(shù)或器件值并迅速獲得與該調(diào)整相應(yīng)的所有要害指標(biāo)（如：相噪、雜散、穩(wěn)定性）的變化 。
1原理簡介
【寬帶CDMA發(fā)射機(jī)低相噪本振源的設(shè)計】 寬帶CDMA發(fā)射機(jī)框圖如圖1所示，其中左上部分為本振源電路 。單片機(jī)通過數(shù)據(jù)部控制鎖相環(huán)路芯片（PLLIC）使得該電路可以鎖定在不同的信道上；溫補(bǔ)晶振（TCXO）為鎖相環(huán)路提供精確的參考頻率源；壓控振蕩器（VCO）反饋信號與該頻率源在PLLIC內(nèi)進(jìn)行鑒相 。鑒相輸出通過電荷泵和環(huán)路濾波器輸出到壓控振蕩器的控制端控制其輸出頻率 。
2; 指標(biāo)設(shè)定
與本振源相關(guān)的主要整機(jī)指標(biāo)有：
·頻穩(wěn)度：±2×10-6；
·EVM：15%；
·帶寬：2.5MHz；
·ACPR：-40dB/±2.5MHz 。
基于上述指標(biāo)，得出以下針對本振源的一些具體指標(biāo)：
（1）參考頻率源頻穩(wěn)定：±1.7ppm（包括溫度頻穩(wěn)度、供電電壓頻穩(wěn)度、負(fù)載牽引頻穩(wěn)定和年老化率累加） 。
（2）相位誤差：相位誤差是由發(fā)射機(jī)的誤差向量幅度即EVM（Theerrorvectormagnitude）決定的，EVM經(jīng)常被用來描述發(fā)射信號的調(diào)制精度 。TD-SCDMA和WCDMA標(biāo)準(zhǔn)都用此標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定發(fā)射信號的質(zhì)量 。EVM是對理想波形與實際波形之差的度量，如圖2所示 。
安捷倫公司提供的測量規(guī)范被廣泛應(yīng)用于測量儀器和商業(yè)仿真軟件，其具體內(nèi)部如下：
設(shè)Z（k）為在kT(T為符號周期)時刻通過理想接收濾波器觀測待測發(fā)射機(jī)而得到的復(fù)向量，S（k）為理想歸一化的單位圓上的參考向量 。則Z（k）可以表示為：
Z(k)=[C0 C1(S(k) E(k))]Wk(1)
其中，W=eΔr jΔα為頻率偏移（Δα弧度/符號）以及幅度變化率（Δr奈培（衰耗單位）/符號）；C0為一恒定的復(fù)數(shù)偏移量，代表正交調(diào)制器的不平衡性；C1為一復(fù)數(shù)常量，代表發(fā)射機(jī)的任意相位和輸出功率；E（k）代表抽樣S（k）的殘差 。

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