摘? 要： 鑒于傳統(tǒng)硬件無(wú)線電架構(gòu)的特點(diǎn)和局限性，分析了軟件無(wú)線電設(shè)計(jì)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用要求，介紹了12位千兆級(jí)采樣轉(zhuǎn)換器的新產(chǎn)品系列以及與之匹配使用的差分放大器和時(shí)鐘解決方案。

?????? 　LVDS技術(shù)擁有330mV的低壓差分信號(hào)和快速過(guò)渡時(shí)間。這可以讓產(chǎn)品達(dá)到自100Mbps至超過(guò)1Gbps的高數(shù)據(jù)速率。此外，這種低壓擺幅可以降低功耗消散，同時(shí)具備差分傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。 LVDS技術(shù)用于簡(jiǎn)單的線路驅(qū)動(dòng)器和接收器物理層器件以及比較復(fù)雜的接口通信芯片組。通道鏈路芯片組多路復(fù)用和解多路復(fù)用慢速TTL信號(hào)線路以提供窄式高速低功耗LVDS接口。這些芯片組可以大幅節(jié)省系統(tǒng)的電纜和連接器成本，并且可以減少連接器所占面積所需的物理空間。LVDS解決方案為設(shè)計(jì)人員解決高速I/O接口問(wèn)題提供了新選擇。

　　LMX2541是一個(gè)超低噪聲頻率合成器，它整合了一個(gè)高性能△-Σ小數(shù)N分頻鎖相環(huán)（PLL）、一個(gè)完全集成儲(chǔ)能電路的壓控振蕩器（VCO）以及一個(gè)可選分頻器。當(dāng)配合高質(zhì)量的參考振蕩器時(shí)，LMX2541可產(chǎn)生非常穩(wěn)定的低噪聲信號(hào)。因此LMX2541成為ADC12D1800的理想時(shí)鐘源。

　　LMX6554具有2.8 GHz的單位增益小信號(hào)帶寬，且無(wú)需犧牲響應(yīng)平坦度、帶寬、諧波失真或輸出噪聲性能即可工作在增益大于1的環(huán)境下。它在830 MHz處有0.1 dB的增益平坦度，在150 MHz處有8 dB的噪聲指數(shù)和-99 dB的互調(diào)失真。對(duì)于直流耦合應(yīng)用，LMH6554有一個(gè)用于正確設(shè)置ADC121X00系列共模電壓的共模輸出電壓引腳。

　　對(duì)制造商來(lái)說(shuō)，隨著技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)線通信產(chǎn)品的生命周期越來(lái)越短，因此針對(duì)單一產(chǎn)品線的投資風(fēng)險(xiǎn)很大?；?a target="_blank">SDR產(chǎn)品的生產(chǎn)將比傳統(tǒng)產(chǎn)品原材料成本低，且產(chǎn)品壽命長(zhǎng)，這就意味著投資風(fēng)險(xiǎn)低。同時(shí)，由于它簡(jiǎn)單化及標(biāo)準(zhǔn)化硬件使得產(chǎn)品容易生產(chǎn)。因此，制造商生產(chǎn)基于SDR技術(shù)的產(chǎn)品，可得到遠(yuǎn)大于生產(chǎn)傳統(tǒng)產(chǎn)品的效益。

　　軟件無(wú)線電的基本思想是以一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)為依托，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線電臺(tái)的各種功能，從基于硬件、面向用途的電臺(tái)設(shè)計(jì)方法中解放出來(lái)。功能的軟件化實(shí)現(xiàn)勢(shì)力要求減少功能單一、靈活性差的硬件電路，尤其是減少模擬環(huán)節(jié)，把數(shù)字化處理（A/D和D/A變換）盡量靠近天線。軟件無(wú)線電強(qiáng)調(diào)體系結(jié)構(gòu)的開放性和全面可編程性，通過(guò)軟件更新改變硬件配置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)新的功能。軟件無(wú)線電采用標(biāo)準(zhǔn)的、高性能的開放式總線結(jié)構(gòu)，以利于硬件模塊的不斷升級(jí)和擴(kuò)展。本文還將介紹與之匹配使用的差分放大器和時(shí)鐘解決方案。

　　傳統(tǒng)硬件無(wú)線電架構(gòu)的特點(diǎn)和局限

　　外差、零差、低中頻這類眾所周知的接收器架構(gòu)，每種都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)以及缺點(diǎn)。它們的共同特點(diǎn)在于，不管是雙轉(zhuǎn)換或單轉(zhuǎn)換架構(gòu)都是通過(guò)混頻或者下變頻將射頻信號(hào)向下轉(zhuǎn)換為頻率更低、更易于管理的中頻信號(hào)。由于現(xiàn)有模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)的局限性，通常都需要將模擬射頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為低中頻或基帶信號(hào)?；旧犀F(xiàn)有的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在采樣頻率、模擬輸入帶寬和輸入采樣寬帶噪聲的跟蹤和保持方面還不足以滿足許多軟件無(wú)線電應(yīng)用的要求。超外差架構(gòu)如圖1所示。硬件無(wú)線電（HDR）架構(gòu)需要高性能的混頻器，這種混頻器要求濾波器具有優(yōu)異的幅度/相位匹配能力、低本振泄漏電平、高Q值及低插入損耗。射頻和模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性—— 由阻抗引起的駐波、諧波失真和反射，I/Q失配以及設(shè)備泄漏都很難檢測(cè)，造成的影響也難以量化。另外由于教育機(jī)構(gòu)偏重于培養(yǎng)“數(shù)字”工程師，導(dǎo)致行業(yè)中的射頻和模擬專家正日益減少。

　　硬件無(wú)線電架構(gòu)除了技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)較有難度外，還有一些明顯的缺點(diǎn)：密集模擬設(shè)計(jì)復(fù)雜度高，需要大量的電能和電路板面積；為了降低電磁干擾（EMI），通常都需要增加射頻屏蔽，而這又進(jìn)一步增大了整個(gè)系統(tǒng)的體積；高能耗必然帶來(lái)散熱問(wèn)題和冷卻要求；造價(jià)高昂，且成本隨著通道數(shù)增加而成倍遞增；固定頻點(diǎn)會(huì)造成僵化；硬件上的系統(tǒng)參數(shù)（頻道數(shù)及頻道帶寬等等）固定，因此系統(tǒng)的修改和重新設(shè)計(jì)都需要大量的研發(fā)工作和更高的成本。

　　與軟件無(wú)線電的比較

　　軟件無(wú)線電的概念并不新鮮。盡管“軟件無(wú)線電”這個(gè)詞匯是由Joseph Mitola在1991年提出并于1992年發(fā)表了專題論文，但實(shí)際上國(guó)防部門從20世紀(jì)70年代以來(lái)就一直在沿用這一概念。軍方的目的是要開發(fā)出靈活且可編程的無(wú)線電架構(gòu)，這種架構(gòu)可以輕松地適應(yīng)不斷變化的地面條件。基本上，無(wú)線電的特點(diǎn)應(yīng)該是由軟件而不是硬件定義的。無(wú)線基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)者很快認(rèn)識(shí)到軟件無(wú)線電在降低硬件開發(fā)成本和增加收益方面的潛力。一個(gè)軟件可編程基站很容易通過(guò)調(diào)整來(lái)支持新興行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，既不需要升級(jí)硬件，也不需要派遣維護(hù)工程師到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。這就要求無(wú)線電的特征在數(shù)字域而不是在模擬域定義。圖2所示只是簡(jiǎn)圖，但一般而言，只需要配置一個(gè)預(yù)選濾波器、一個(gè)低噪聲放大器（LNA）和一個(gè)差分可變?cè)鲆娣糯笃?/u>（VGA）即可。模數(shù)轉(zhuǎn)換器往往需要一個(gè)精確的時(shí)鐘源——由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)射頻信號(hào)直接采樣，因而對(duì)時(shí)鐘源的要求比以前更加嚴(yán)格。應(yīng)用該方法，整個(gè)信號(hào)帶即可數(shù)字化，再也不需要復(fù)雜的非線性的混頻器、本地振蕩器和濾波器（中頻以及基帶）。而同時(shí)，這里模數(shù)轉(zhuǎn)換器也對(duì)前端器件提出了嚴(yán)格的要求。