一种数字无线收发系统设计

2．3 混频器
输出信号频率等于两输入信号频率之和、差或为两者其他组合的电路。ADI公司生产的AD8342芯片是一款集成有源宽带混频芯片，各个信号端口的输入输出频率范围都能够达到LF-3 GHz，中频(IF)端为差分输出，单端阻抗为50 Ω，电路图如图5所示。

2．4 放大器模块
在发射系统中，在混频器经过滤波后的放大器，将混频器输出的功率较小的433．92 MHz信号放大到适当功率，使后面的功放工作在最佳状态。输出功率的设计指标(500 mW)末级功放需要首先被确定，末级功放使用了高线性度的中功率功放AH102，增益约为12 dB，输出功率27 dBm，而混频器的输出功率约为0 dBm，所以放大器的增益要求要高于15 dB，输出1 dB压缩点高于15 dBm，才能保证输出功率。SGA-4586是RFMD生产的一款HBT可级联增益组件，其工作频率范围为DC-4000 MH。工作在433 M时，增益大于25 dB，放大器内部已为输入输出端口做了50 Ω匹配，外围只要连接必要的供电电路、RFC电路、隔直电路即可正常工作。另一个是射频功率放大器(RFPA)，经过前级SGA-4586放大器放大后，再输入到末级功率放大器，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。设计中要求末级输出功率要达到500 mW，所以功放的选择要选择最大输出功率大于500mW，即OP-1 dB要大于27 dBm，工作鞭率覆盖433.92 MHz，增益足够大的芯片。AH102的工作频段为350～3 000MHz，供电电压为8．5 V时，电流大小为260mA，功率2.21 W，此时输出功率537 mW(27．3 dBm)，所以功效热损耗为1．67 W，功放模块必须加装散热片，保证功放芯片的温度不至于过高。
在接收系统中的低噪声放大器(LNA)，一种位于放大链路输入端，针对给定的增益要求，引入尽可能小的内都噪声，并在输出端得到最大可能的信噪比而设计的放大器。接收机接入的LNA是为了对天线接收的微弱信号进行放大，再对信号做相应的处理。SPF-5043是RFMD公司生产的高性能晶体管单片微波集成电路低噪声放大器，应用频率50～4 000 MHz。当工作在433 M时，增益大于18 dB。噪声系数低于0．8 dB。输入输出端口皆有内部匹配，接上耦合电容即可。

3 数字中频处理器
与传统的超外差接收机相比，数字中频结构，在发送端，基带信号经过内插、滤波，I／Q调制后，进行D／A变换，变成中频模拟信号。在接收端ADC直接对中频信号进行采样，采样后由数字下变频进行I／Q解调、抽取、滤波、然后送往基带处理。
3．1 FM调制
如图6所示为FM信号发生器在FPGA中的实现框图，频率控制字A控制调制信号频率，B控制载波中心频率。相位累加器由加法器和寄存器组成，总的调制原理就是，周期变化的调制信号作用于控制载波频率的相位累加器B原本固定的步长，是总的步长产生周期性变化，从而实现载波频率在中心频率附近的周期变化，得到FM信号。表达式：y(t)=sin[(2πPfclk／2N)(△+2NPmsinωt／2πPfclk)]t，其中fclk为输入时钟频率，锁相环频率系数为P，计数器位数N。只需要把产生信号频率为fc的基础上把步长△改变为△+2NPmsinωt／2πPfclk，把2NPmsinωt／2πPfclk整体进行查表处理，同时频偏控制字Pm的计算，Pm=2π×△fmax，其中△fmax为允许的最大频偏。