1 系統(tǒng)需求分析

　　數(shù)字中頻是TD-SCDMA基站中的重要組成部分。對數(shù)字中頻部分性能需求進(jìn)行量化分析，可以更清楚地認(rèn)識數(shù)字中頻在系統(tǒng)中的位置及其對系統(tǒng)性能的影響，為數(shù)字中頻研發(fā)和測試的提供參考。

　　TD-SCDMA協(xié)議中規(guī)定，接收機(jī)天線口輸入有用信號功率在-110～-80 dBm范圍內(nèi)。同時(shí)協(xié)議中規(guī)定，鄰道功率最強(qiáng)為-55 dBm的單碼道CDMA信號，15 MHz射頻帶內(nèi)最強(qiáng)帶外阻塞信號功率為最小3.2 MHz，頻偏-40 dBm的單碼道CDMA信號。ADC入口的最大功率為6 dBm時(shí)，可以估算頻鏈路額定增益為40 dB，若接收機(jī)射頻鏈路的噪聲系數(shù)可以做到5 dB，則可以估算ADC輸出信噪比應(yīng)大于74 dB，ADC的有效位寬應(yīng)大于等于12 b。

　　計(jì)算過程參考如下方法：

　　采樣時(shí)鐘抖動(dòng)(Jitter)和ADC固有的抖動(dòng)也會(huì)惡化信噪比，在大信號輸入時(shí)尤為明顯。根據(jù)SNR=-20 log(2πfσt)，以采樣時(shí)鐘為100 MHz計(jì)算，當(dāng)射頻部分無帶外抑制時(shí)，鏈路增益為40 dB，此時(shí)Jitter等效ADC輸入口噪音功率為-65 dBm，允許的時(shí)鐘抖動(dòng)為5 ps。當(dāng)射頻部分對帶外阻塞信號有15 dB抑制時(shí)，鏈路增益為55 dB，此時(shí)Jitter等效ADC輸入口噪音功率為-50 dBm，允許的時(shí)鐘抖動(dòng)為20 ps。

　　A/D采樣信號經(jīng)過抽取后會(huì)混到有用信號帶內(nèi)，因此在射頻鏈路對阻塞信號沒有任何抑制的情況下，需由數(shù)字濾波器將其濾除。最惡劣情況下阻塞信號會(huì)比有用信號強(qiáng)70 dB，因此數(shù)字濾波器的遠(yuǎn)端帶外抑制應(yīng)達(dá)到70 dB。濾波器一般選用CIC，ISINC，RRC級聯(lián)實(shí)現(xiàn)，NCO的雜散應(yīng)小于-80 dB。TD-SCDMA協(xié)議中規(guī)定，要采用滾降因子為O.22的根升余弦濾波器(RRC)來實(shí)現(xiàn)反脈沖成形濾波。圖1為一般DDC的實(shí)現(xiàn)框圖。

　　2 AD6655的結(jié)構(gòu)和工作原理

　　AD6655是Analog Device公司的一款功能強(qiáng)大的中頻接收器件。它內(nèi)置雙通道14 b、最高125 MSPS采樣率的ADC，寬帶DDC，以及功率檢測功能。

　　AD6655具備以下特點(diǎn)：

　　(1)1.8 V模擬供電，1.8～3.3 V輸出供電，有低功耗模式;

　　(2)雙通道ADC：內(nèi)部參考電壓，1～2 V輸入電平范圍，采樣頻率最高到125 MSPS，SN

　　R為71.7 dBc to70 MHz@125 MSPS，SFlDR為85 dBc to 70 MHz@125 MSPS，85 dB的隔離度;

　　(3)內(nèi)置ADc時(shí)鐘占空穩(wěn)定器，1～8倍的時(shí)鐘分頻;

　　(4)雙通道DDC，包含32位NC0，半帶插值濾波，F(xiàn)IR濾波器;

　　(5)復(fù)合信號檢測功能。

　　它的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

　　此款芯片可以應(yīng)用在：GSM，EDGE，TD-SCDMA，WCDMA，CDMA2000，IMT-2000，WiMax，LTE等領(lǐng)域。

　　AD6655雖然是一顆14 b高速ADC，但由于內(nèi)嵌了抽取濾波器，所以在產(chǎn)業(yè)化階段并不需要嚴(yán)格的進(jìn)口許可認(rèn)證，對降低系統(tǒng)成本起到很大作用。

　　3 AD6655在TD-SCDMA基站系統(tǒng)中的電路設(shè)計(jì)

　　由于AD6655為雙路ADC+DDC，所以在多天線基站系統(tǒng)中使用比較方便，例如8天線智能天線系統(tǒng)只需要4片AD6655。為滿足采樣時(shí)鐘的Jitter要求，采用AD9510鎖定系統(tǒng)時(shí)鐘并驅(qū)動(dòng)AD6655的采樣時(shí)鐘(LVPECL邏輯)，匹配方式為交流耦合。AD6655采用內(nèi)部參考電壓，模擬中頻信號由SMA連接器輸入后，采用1：4的balun由不平衡輸入轉(zhuǎn)換到平衡輸入，可以得出中頻信號的溢出告警電平為10 dBm左右，系統(tǒng)對模擬中頻輸入信號的功率要求為小于6 dBm。圖3為基站的上行結(jié)構(gòu)框圖。

　　153.6 MHz寬度的模擬中頻信號經(jīng)過A/D采樣后，中心頻率在30.72 MHz。數(shù)據(jù)在芯片中會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)字下變頻轉(zhuǎn)換。進(jìn)入DDC的輸入數(shù)據(jù)為調(diào)制到24×、速率為96×的數(shù)據(jù)。DDC部分由四大部分組成：NCO，CIC，ISINC濾波器和RRC濾波器。NCO部分完成解調(diào)的功能，將數(shù)據(jù)分成I和Q兩路，然后I，Q數(shù)據(jù)經(jīng)過完全相同的兩個(gè)通道進(jìn)行抽取，分別進(jìn)行CIC濾波、ISINC濾波器和RRC濾波器，最后將數(shù)據(jù)抽取到1×，送給基帶。

　　AD6655的供電需要模擬1.8 V、數(shù)字1.8 V和I/O電壓。模擬部分的供電由LDO提供，核電壓1.8 V可以通過磁珠取自LDO，I/O電壓使用3.3 V以達(dá)到和FPGA相同I/O接口電平。由于單板A/D、D/A通道較多，模擬數(shù)字采用了共地處理，而模擬數(shù)字電壓進(jìn)行了電源層分割。

　　AD6655的控制接口采用3線SPI和控制部分通訊，內(nèi)部寄存器通過它進(jìn)行配置和控制。AD6655有幾十個(gè)寄存器，主要為A/D模式、DDC配置、及同步控制等，芯片上電后由板卡控制單元進(jìn)行配置。

　　4 信號鏈的系統(tǒng)仿真

　　ADC采樣后，153.6 MHz中頻頻點(diǎn)的三載波信號數(shù)字化為中心頻點(diǎn)在30.72 MHz的信號。由于是實(shí)信號，因此在負(fù)頻率處有其鏡像信號。

　　低中頻信號進(jìn)入數(shù)字混頻器，轉(zhuǎn)換為多載波0中頻信號，同時(shí)將實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為In-phase和Quadrature正交的兩部分分量。

　　AD6655的第一級濾波器為19階的半帶濾波器，它實(shí)現(xiàn)2倍抽取濾波，并且不能被旁路，因此它的帶寬也決定了接收鏈路的最大帶寬。器件手冊指出最大可用帶寬為采樣率的11%，在122.88 MSPS采樣率下支持的帶寬為27 MHz。AD6655還有一個(gè)66階的FIR濾波器，為抵消CIC濾波器對有用信號高頻抑制的影響，F(xiàn)IR中加入了Inverse Sinc函數(shù)對高頻信號進(jìn)行補(bǔ)償。

　　2級濾波器的級聯(lián)頻響如圖5所示。

　　經(jīng)過2級濾波器，AD6655輸出信號的頻譜特性如圖6所示。

　　FPGA接收到AD6655的信號，由于已經(jīng)對信號進(jìn)行了2倍、或4倍的抽取，所以FPGA的工作頻率就可以降低到ADC采樣頻率的了1/2或者1/4了。這對FPGA的型號選擇和降低成本都是有利的。

　　FPGA需要繼續(xù)對信號進(jìn)行濾波和抽取，以達(dá)到系統(tǒng)ACS和Blocking要求的帶外抑制度。由于AD6655可以對數(shù)字遠(yuǎn)端進(jìn)行-80 dBc的抑制，那么FPGA只需要對帶寬近端進(jìn)行相應(yīng)的濾波，通常90階濾波器可以實(shí)現(xiàn)-50 dBc的帶外抑制，當(dāng)然采用分級濾波的方式效果可能更明顯，并且一些濾波要在載波分路后進(jìn)行。

　　FPGA需要繼續(xù)對信號進(jìn)行濾波和抽取，以達(dá)到系統(tǒng)要求的ACS和Blocking帶外抑制度。由于AD6655可以對數(shù)字遠(yuǎn)端進(jìn)行-80 dBc的抑制，那么FPGA只需要對帶寬近端進(jìn)行相應(yīng)的濾波，通常90階濾波器可以實(shí)現(xiàn)-50 dBc的帶外抑制，當(dāng)然采用分級濾波的方式效果可能更明顯，并且一些濾波要在載波分路后進(jìn)行。

　　5 仿真結(jié)果和評價(jià)

　　由以上仿真來看，AD6655可以滿足基站上行鏈路中的應(yīng)用，信號處理后輸出給FPGA，節(jié)省了很多FPGA的邏輯單元。在AD6655Demo板和TD-SCDMA數(shù)字中頻板卡DIFB 3.O進(jìn)行了實(shí)測，測試結(jié)果完全符合設(shè)計(jì)要求?？傊?，AD6655是一款比較合適的數(shù)字中頻接收鏈路的器件，可以應(yīng)用在3G基站系統(tǒng)中，具有較高的性價(jià)比。