Suchen

Schaltungstipp Flexibler ZF-/Basisbandempfänger mit umschaltbarer Frequenz

| Autor / Redakteur: Joel Dobler * / Kristin Rinortner

Dieser Schaltungstipp stellt einen flexiblen IQ-Demodulator-basierten ZF-/Basisbandempfänger mit variabler ZF- und Basisbandverstärkung und programmierbarem Basisbandfilter vor.

Firmen zum Thema

Bild 1: Vereinfachtes Blockschaltbild des „Direct-Conversion”-Empfängers
Bild 1: Vereinfachtes Blockschaltbild des „Direct-Conversion”-Empfängers
(Bild: ADI)

Dieser Schaltungstipp beschreibt einen flexiblen ZF/Basisband-Empfänger mit umschaltbarer Frequenz. Auf ZF- und Basisbandseite erfolgt die Einstellung des Signalpegels mit variabler Verstärkung. Der Basisband-ADC-Treiber ADRF6510 enthält auch einen programmierbaren Tiefpassfilter, der Störsignale sowie Rauschen bei Frequenzen außerhalb des gewünschten Kanals eliminiert.

Die Bandbreite des Filters ist mit sich ändernder Bandbreite des Eingangssignals dynamisch einstellbar. Dies stellt sicher, dass der verfügbare Dynamikbereich des von dieser Schaltung getriebenen A/D-Wandlers komplett genutzt wird.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 6 Bildern

Kernstück der Schaltung ist ein IQ-Demodulator. Die auf 2x LO basierende Phasensplitterarchitektur des ADL5387 ermöglicht den Betrieb über einen großen Frequenzbereich. Eine präzise Quadratursymmetrie und geringe Ausgangs-DC-Offsets stellen sicher, dass sich die EVM (Error Vector Magnitude) nur minimal reduziert.

Die Schnittstellen aller Komponenten in dieser Schaltung sind komplett differenziell ausgeführt. Wo DC-Kopplung zwischen Stufen benötigt wird, sind die Biaspegel der benachbarten Stufen zueinander kompatibel.

Schaltungsbeschreibung: Empfänger-Architektur

In der folgenden Schaltungsbeschreibung wird eine Architektur mit direkter Wandlung (Direct Conversion) für einen Empfänger präsentiert. Direct-Conversion-Funksysteme führen gegenüber einem Überlagerungs- oder Superheterodyne-Empfänger für mehrere Frequenzübersetzungen lediglich eine Frequenzübersetzung aus. Dies bietet folgende Vorteile:

  • Empfängerkomplexität und Anzahl der erforderlichen Stufen werden reduziert. Außerdem werden die Leistung erhöht und der Energieverbrauch gesenkt.
  • Probleme bezüglich Spiegelunterdrückung (Image Rejection) und unerwünschte Mischerprodukte werden vermieden. Ein Tiefpassfilter (LPF) im Basisband ist alles, was benötigt wird.
  • Hohe Trennschärfe (Adjacent-Channel Rejection Ratio, ACRR).

Bild 1 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild des Systems. Dieses besteht aus kaskadierten ZF-VGAs (Variable Gain Amplifier) mit integrierter automatischer Verstärkungssteuerung (AGC). Nachgeschaltet sind ein Quadratur-Demodulator und programmierbare Tiefpassfilter mit variabler Basisbandverstärkung. Die ausgegrauten Komponenten in Bild 1 (ADF4350 und AD9248) sind wegen der besseren Veranschaulichung dargestellt (bei den Messungen auf Systemebene waren sie nicht vorhanden).

Idealerweise sollten der Eingang der ersten und der Ausgang der letzten Stufe den Dynamikbereich des Systems (Signal/Rausch-Verhältnis) festlegen. In der Praxis ist dies jedoch nicht immer der Fall. Ein kaskadierter VGA vor dem Quadratur-Demodulator erhöht die Verstärkung des Systems. Außerdem hilft er bei der Reduzierung des Systemrauschens, falls die Rauschzahl des VGA weniger als die des Quadratur-Demodulators beträgt und falls der VGA noch über Verstärkungsreserven verfügt und Signale noch nicht dämpft. Die Rauschzahlen der nachfolgenden Stufen werden durch die Verstärkung des ersten VGA dividiert.

Ein weiterer Vorteil beim Einsatz eines VGA gegenüber einem Verstärker mit fester Verstärkung ist, dass eine AGC-Schleife implementiert werden kann, um das am Quadratur-Demodulator ankommende Signal auszugleichen. Diese Möglichkeit ist wichtig, um die Signalpegel am Quadratur-Demodulator und allen nachfolgenden Stufen zu begrenzen.

(ID:36119840)