低功耗接收机中频子系统芯片AD608的原理、特点与应用

    摘要：AD608是AD公司推出的一款3V低功耗接收机中频子系统芯片，它内含混频器，并带有限幅器和接收信号强度指示（RSSI）功能。可用于PHS，GSM，TDMA，FM，PM等系统中的接收机和便携式仪表设备中。文中介绍了AD608的功能原理和典型应用。

    关键词：接收机 中频子系统 TDMA AGC

1 概述

AD608集成了低功耗、低失真、低噪声的混频器和一个完整的集成对数/限幅放大器，该放大器使用“连续检测”技术。可提供一个高速RSSI（接收信号强度指示）输出，并具有80dB的动态范围和硬限幅输出。RSSI输出解级后面的双极点低通滤波器能提供范围为0.2～1.8V的输出电压。AD608的电源范围为2.7～5.5V，在电源为3V时，典型功耗为21mW。

AD608芯片的射频和本振带宽都超过了500MHz。在一个典型的中频应用中，AD608可使用240MHz的SAW滤波器输出，并可把它交换到额定的10.7MHz中频，其转换增益为24dB。AD608的对数/限幅放大器单元可处理的中频范围从低频到30MHz。

AD608的混频器为双平衡式“Gilbert单元”类型的混频器，在射频输入为-95dBm～-15dBm时均可线性工作，它的额定IP3为-5dBm，芯片内的本振预放大器只需要-16dBm的本振驱动。混频器的电流输出可驱动一个链接在反向端的10.7MHz的330Ω滤波器，该滤波器符合工业标准。

对数放大器是这样标度的：对于本振放大器的-75dBm的输入信号，其输出信号电平为0.2V；而在其输入为-75dBm时，输出是1.8V；在整个范围中，对数放大器的一致性在±1dB内。AD608中对数放大器的斜率正比于电源电压。反馈环路可自动将输入偏移调整到零。

AD608的限幅器输出还可提供硬限幅信号输出，其值为400mVpp。限幅放大器的电压增益大于100dB，转换时间是11ns。在频率为10.7MHz时，对于-75dBm到+5dBm的输入范围，其相位稳定度在±3°内。

AD608地面观察站有与CMOS逻辑电平兼容的电压输入使能，响应时间为200ns。禁止时可在400ns内将功耗降到300μW。

AD608采用16脚塑料SOIC封装形式。图1所示为AD608的引脚排列图，表1为其管脚功能描述。另外，AD608还有如下主要特点：

●片内集成了完整的接收机；

●内含对数/限幅放大器；

●功耗低3V电源时仅有21mW的功耗，在200ns的使能/禁止时间内，利用与CMOS兼容的低楞耗控制功能可在低功耗状态时将其功耗降低为300μW。

AD608中频子系统芯片以其优越的特性可广泛用于PHS、GSM、TDMA、FM、PM接收机系统、采用电池供电的仪表设备以及基站RSSI测量系统中。

2 工作原理

图2所示为AD608的原理功能框图，它由混频器和在其后连接的带有RSSI和硬限幅输出的对数中频放大器组成。混频器采用改进的Gilbert单元结构。在线性工作时，不论混频器输入端的阻抗为多少，其最大输入电平均可达到±56.2mV。混频器的输入阻抗可建模为并联RC网络；输入阻抗值与频率的对应关系如表2所列。从射频输入端到中频输出端MXOP的1dB带宽为30MHz。

表1 AD608的管脚描述

表2 混频器输入阻抗与频率的关系

AD608的对数中频放大器包含五级放大器，每一组的增益为16dB，后接限幅器，中频带宽是30MHz，限幅增益为110dB。相位抖动典型值是±3°（输入-75dBm～+5dBm）。限幅器的输出阻抗是200Ω，对于5kΩ的负载，限幅器的输出驱动为±200mV(400mVpp)。在没有输入信号时，限幅器也可对噪声波动进行限幅，以产生摆幅为400mV的随机过零输出。

由于对数放大器是直流耦合的，它具有大于110dB的增益，这样，在其输入端即使存在几个微伏的偏移也会使输出饱和。因此，AD608使用低频反馈回路来消除输入的偏移。该回路由一个限幅器驱动的电流源组成，该电流源可向FDBK端发送50微安的电流脉冲。这些脉冲经过由C1，R4，C5组成的π型网络进行低通滤波。经过平滑后的直流电压从中频放大器的输入端IFLO减掉。由于该放大器是一个带反馈回路的高增益放大器，因此必须注意布局设计和元件值的选择，以防止发生振荡。

对数放大器使用连续检测结构。五级中的每一级都具有全波检测器；两个额外的高低频检测器由位于限幅放大器输入端的衰减器驱动，共有7级检测器。由于每一级检测器都进行全波整流，因此，在产生的整流电压中的纹波成分是IF处的两倍。AD608的低通滤波器具有2MHz的截止频率，这比由于10.7MHz的中频而产生的21.4MHz的纹波频率低一个倍频程。

在工作于较低的中频时，AD608需要外接一单极点90kHz的低通滤波器，该频率比这些中频产生的900kHz纹波频率低一个倍频程。而对于在-75dB～+5dB的输出，其RSSI的测量精度为±1dB。

在典型的峰窝通信应用中，AD608的RSSI输出将由A/D转换器予以数据化。AD608的RSSI输出正比于电源电压，这样不仅使A/D转换器可用电源作为参考，而且RSSI输出和A/D转换器的输出均可跟踪电源电压的变化，从而降低系统的误差和元件成本。

3 常见问题

使用AD608经常发生的问题有：在偏移反馈回路中使用不正确的元件值，比较差的印制板布局，以及存在射频干扰，这些都会使得AD608在低端（低于-65dBm）时失去RSSI测量能力，而使得限幅器随机摆动。比较差的印制板布局设计和不恰当的偏移反馈回路都会造成低频振荡。而不恰当的布局设计和屏蔽会产生射频干扰。

4 典型应用

图3所示为AD608工作于10.7MHz中频数字系统配置形式。滤波器的输入和输出阻抗使用330Ω的电阻予以并联端接，转换增益是24dB。

图4所示为AD608工作于450kHz或者455kHz时的窄带FM应用配置，该电路在外部接有鉴频器。它的IF滤波器具有1500Ω的输入和输出阻抗。电路中的输入应由电阻网络予以匹配，鉴频器所需的1Vpp的驱动电压则由增益为2.5的A类放大器提供。