SDR(软件无线电)具有极大的灵活性,允许随心所欲地改变模式或波形。本设计实例关注的是一个中度带宽SDR的“激励器”部分(图1)。RF载波或发射机IF进入正交调制器,调制后的输出根据设计的详细情况,作进一步的频率转换或放大。DSP部分一般用于基带的分解信号,此时信号分为实部和虚部。这些信号可能源于带ADC话筒的语音,也可能是来自计算机的数据。无论信号来源如何,DSP都会计算数字流,完成滤波,也许还要增加信令音或数据分组,最终将流转换为I与Q调制信号。对中度带宽,立体声Σ-Δ DAC或编解码器提供到模拟信号的转换功能,并对信号作进一步的滤波。一般情况下这种滤波是必需的,因为正交调制器带有一对混频器。这些混频器会将基带频率上的任何噪声直接转换为调制器的输出。
输出噪声是问题的来源。FCC(美国联邦通信委员会)设定了某些服务上的频谱遮罩或邻道功率比要求,如陆地移动射频。这些要求控制着一次发射的允许频谱,并根据信道带宽和发射频率而变化。但它们的作用总是相同的,即:限制邻近信道上其它用户对发射的干扰。满足频谱遮罩是一种监管要求;未经证实某个射频满足这一要求,就无法通过认证,而没有这个认证,就无法合法的销售。图2显示了一个频谱遮罩的实例47 CFR 90.210G,规格化的X轴显示从信道中心的偏移,规格化的Y轴则是未经调制的载波输出。这个遮罩适用于800MHz SMRS(专用移动射频服务),其中信道间隔为25kHz,但信号只能占用20kHz。
未调制载波首先在遮罩中心传输,遮罩顶部调整为对应于发射机输出功率。然后开始调制,从而扩展了频谱。得到的频谱必须在所有位置都落在遮罩线以内。
对图2的严格检验给出了一些有趣的特性。在载波图中,采样频率毛刺出现在离中心±19.2 kHz的地方。调制后的频谱也很有意思,Σ-Δ DAC中的滤波器大约在±10kHz时产生近乎垂直的滚降。大约在±12kHz处出现频谱再生隆起,并逐步滚降,其原因是大功率放大器的非线性。
很多中度带宽SDR都需要在Σ-Δ DAC的单端输出与典型平衡输入正交调制器之间放一个转换器。DAC输出经常需要跟一个硬件滤波器,用于去除DAC的高频噪声,保证符合频谱遮罩要求。还有更复杂的事情:最理想的DAC共模与差分模式输出电压可能并不适合调制器所要求的电压;一个简单的调整因数不能适应于共模与差分模式电压。
如果使用传统方法处理所有这些问题,每个I或Q信道可能需要多达四只运算放大器和多只滤波器。滤波器需要严格的元件匹配,以保证载波与单边带抑制(这是正交调制器理想特性的重要量度指标)不会作为基带频率的函数而递降。Linear Technology公司的LTC1992能够解决这些问题。该公司在其数据手册中给出了一个有关该问题的全平衡方案(参考文献1)。
但结果证明,全平衡方案并非必需。图3中电路的输出信道间有出色的相位与波幅平衡,去除了一些关键元件的匹配要求。第2脚设定为所需的共模输出电压,DAC的中点电压通过一个输入电阻连接到第8脚。注意输入电压与中点电压之间的任何失配都会出现在输出端,造成非对称摆幅。该应用弃用了第7脚。滤波器是一个与反相Sallen-Key滤波器级联的无源单端电路,但也可以采用其它拓扑结构。
图4是测量的正信道对地的频率响应。表面的6 dB损失是只看一半差分输出电压的结果;当查看全平衡输出时,净增益为0 dB。图5为一个理想等波幅、正负输出之间有180°相移的测量偏差。在300Hz~3kHz范围内的一致性小于0.1 dB和0.1°。即使在50 kHz,误差也小于0.5 dB和1°。