王喆 楊顧晶 黃賽能

摘要：本文介紹了某接收通道帶STC控制的射頻前端的設(shè)計(jì)思路，對(duì)比了多種實(shí)現(xiàn)方案，通過詳細(xì)的理論計(jì)算得出模塊的指標(biāo)，從射頻前端的電源單元、控制單元、低噪聲放大單元等幾方面闡述射頻前端的設(shè)計(jì)過程，仿真計(jì)算與測試結(jié)果表明模塊滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：STC控制;射頻前端;接收通道;低噪聲放大

1引言

隨著電子技術(shù)發(fā)展，電子環(huán)境復(fù)雜，對(duì)接收通道的動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度等方面提出了更高的要求，為了提高接收通道靈敏度，擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，防止目標(biāo)較近時(shí)，信號(hào)較大引起信號(hào)的失真，通常在射頻前端中設(shè)計(jì)STC時(shí)間靈敏度控制。本文介紹的帶STC控制功能的射頻前端應(yīng)用于某設(shè)備接收通道的前端，主要用于對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大功能，能夠根據(jù)輸入信號(hào)的時(shí)間調(diào)節(jié)射頻前端內(nèi)的數(shù)控衰減器的衰減值，保證接收通道的線性放大。

2 設(shè)計(jì)方案選擇

在實(shí)際的信號(hào)環(huán)境下，進(jìn)入射頻前端頻帶內(nèi)的信號(hào)頻譜很多，除了有用信號(hào)頻率外，還有雜波和干擾信號(hào)頻率。對(duì)于近距離的干擾，射頻前端的低噪聲放大器會(huì)在干擾源的作用下提前進(jìn)入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致難以檢測有用的信息。

通常射頻前端由限幅器、低噪聲放大器、濾波器等組成，原理框圖見圖1。為了提高接收通道靈敏度，擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍，增加了STC數(shù)控衰減器，一般有STC前置、STC后置兩種，按照本項(xiàng)目使用需求，對(duì)電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化，采用STC前置切換方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

STC前置方案是將STC置于低噪聲放大器前級(jí)，在限幅器與低噪聲放大器之間插入數(shù)控衰減器，該方案優(yōu)點(diǎn)接收通道動(dòng)態(tài)范圍大，在接收大信號(hào)的情況下不會(huì)出現(xiàn)低噪聲放大器飽和過載，但是噪聲系數(shù)會(huì)變大。

STC后置方案是將數(shù)控衰減器置于低噪聲放大器后級(jí)，該方案優(yōu)點(diǎn)是接收通道噪聲系數(shù)低，但是易受低噪聲放大器的1dB壓縮點(diǎn)的限制，在接收大信號(hào)的情況下會(huì)出現(xiàn)接收通道飽和過載。

STC前置切換方案是將STC置于低噪聲放大器前并通過切換開關(guān)選擇是否接入，射頻前端原理框圖如圖2所示。

采用在限幅器與低噪聲放大器之間插入兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)，在接收大信號(hào)時(shí)，信號(hào)進(jìn)入數(shù)控衰減器支路送入低噪聲放大器;在接收小信號(hào)時(shí)，開關(guān)切換為直通，相當(dāng)于只增加兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)的損耗。

該方案在大信號(hào)下擴(kuò)充了射頻前端的動(dòng)態(tài)范圍，不會(huì)出現(xiàn)飽和過載，同時(shí)保證了小信號(hào)的接收能力。

3 設(shè)計(jì)過程

3.1電源單元設(shè)計(jì)

電源單元的工作原理如圖3所示，外部提供電源為+15V。+15V先經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為+5.5V，再分別經(jīng)過兩路LDO穩(wěn)壓器，其中一路穩(wěn)壓到+5V后供給低噪聲放大模塊，另一路穩(wěn)壓到+3.3V后供給控制單元。這樣設(shè)計(jì)的好處是數(shù)字部分和模擬部分的用電是分開，防止數(shù)字電路通過電源干擾射頻模塊。

3.2控制單元設(shè)計(jì)

控制單元主要由FPGA、LDO和LVDS收發(fā)芯片等組成，控制單元原理框圖如4所示，主要功能有兩部分，一方面將從外部輸入的LDVS串行STC控制碼進(jìn)行解碼，然后并行傳輸給對(duì)應(yīng)低噪聲放大模塊，完成對(duì)通道增益的控制，另一方面對(duì)低噪聲放大模塊上報(bào)的故檢信號(hào)進(jìn)行匯總后通過指示燈顯示故障狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行輸出。

3.3低噪聲放大模塊設(shè)計(jì)

低噪聲放大模塊主要由限幅器、射頻開關(guān)、數(shù)控衰減器、放大器、濾波器、隔離器等器件組成，低噪聲放大模塊的原理框圖如圖5所示，主要功能是完成對(duì)接收信號(hào)的限幅、低噪聲放大和濾波，同時(shí)可以根據(jù)需求進(jìn)行STC控制。

3.4仿真計(jì)算

在設(shè)計(jì)時(shí)，我們優(yōu)選噪聲系數(shù)低和增益高的放大器，可以降低噪聲系數(shù)。限幅器在滿足耐功率的前提下，選用低插損的器件，本項(xiàng)目選用的限幅器插入損耗優(yōu)于0.5dB，由于PIN二極管開關(guān)芯片比GaAS開關(guān)芯片的插損低，因此我們選用PIN二極管開關(guān)芯片，插入損耗約0.3dB。放大器1選用低噪聲放大器，噪聲系數(shù)為0.6dB，增益為28dB，放大器2的噪聲系數(shù)為1.8dB，增益為18dB。將選用元器件的噪聲系數(shù)和增益值，代入仿真軟件，由原理框圖計(jì)算結(jié)果如圖6所示。直通通道噪聲系數(shù)為1.9dB，滿足要求。

從仿真圖可以看出，低噪放模塊的增益設(shè)計(jì)值為35dB，并且留有余量，設(shè)計(jì)中電路布局會(huì)留有PI型衰減電阻位置，可以用來調(diào)節(jié)整個(gè)放大單元的增益。

STC固定衰減值，經(jīng)過測試均符合指標(biāo)要求，同時(shí)對(duì)STC衰減曲線進(jìn)行了測試，測試結(jié)果如圖7所示，曲線光滑無明顯震鈴現(xiàn)象，滿足要求。

4 總結(jié)

本文詳細(xì)介紹了帶STC控制的射頻前端各功能模塊的設(shè)計(jì)過程，該組件的測試結(jié)果是：在要求的頻帶范圍內(nèi)，增益G為35dB±1dB，噪聲系數(shù)NF≤2.0dB，STC衰減功能滿足設(shè)備指標(biāo)要求。該組件已成功應(yīng)用某設(shè)備接收通道，在接收大信號(hào)時(shí)具有較好的分辨能力，生產(chǎn)工藝成熟，可靠性高，能滿足批量生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)：

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