在满足宏蜂窝基站性能要求的前提下，能达到多高的集成度？ 工艺技术仍然限定某些重要的功能部件必需运用特殊的工艺来制造：在射频 （RF） 领域采用 GaAs 和 SiGe、高速 ADC 采用细线 CMOS，而高品质因数滤波器则无法使用开云棋牌官网在线客服材料得以很好地实现。此外，市场还需要更高的密度。
考虑到上述问题，我们决定用系统级封装 （SiP） 技术来开发占用约 1/2 平方英寸 （刚刚大于 3cm2） 面积的接收器。接收器的边界是 50Ω RF 输入、50Ω LO 输入、ADC 时钟输入及数字 ADC 输出。这留待增加 LNA 与 RF 滤波以用于输入、LO 和时钟发生、和数字输出的数字处理。在 15mm x 22mm 封装内，是采用 SiGe 高频组件的信号链路、分立式无源滤波和细线 CMOS ADC。
以下是对两个微型模块 （μModule？） 产品进行的设计分析：一个是实现直接转换接收器的 LTM9004；另一个是实现 IF 采样接收器的 LTM9005。
设计目标
设计目标是 UMTS 上行链路 FDD 系统，特别是处于工作频段 I 的中等覆盖区域基站 （详见 3GPP TS25.104 V7.4.0 规范）。就接收器而言，灵敏度是一个主要的考虑因素，在输入信噪比 （SNR） 为 -19.8dB/5MHz 时，要求为 ≤ -111dBm。这意味着，接收器输入端的有效噪声层必须 ≤ -158.2dBm/Hz。
设计分析 ─ 零 IF 或直接转换接收器
LTM9004 是一款直接转换接收器，采用了 I/Q 解调器和基带放大器以及双 14 位、125Msps ADC，如图 1 所示。LTM9004-AC 低通滤波器在 9.42MHz 处有一个 0.2dB 的转角，从而允许 4 个 WCDMA 载波。LTM9004 可与一个 RF 前端一起使用，以构成一个完整的 UMTS 频带上行链路接收器。RF 前端由一个双工器以及一个或多个低噪声放大器 （LNA） 及陶瓷带通滤波器组成。为了最大限度地降低增益和相位失衡，基带链路采用了固定增益拓扑，因此在 LTM9004 之前需要一个 RF 可变增益放大器 （VGA）。以下是此类前端的典型性能例子：
接收器频率范围： 1920 至 1980MHz
RF 增益： 最大值为 15dB
自动增益控制 （AGC） 范围： 20dB
噪声指数： 1.6dB
IIP2： +50dBm
IIP3： 0dBm
P1dB： -9.5dBm
20MHz 时的抑制： 2dB
发送器频带上的抑制： 96dB
图 1：在 LTM 9004 微型模块接收器中实现的直接转换架构
OFFSET ADJUST：偏移调节
DC OFFSET CONTROL：DC 偏移控制
考虑到 RF 前端的有效噪声贡献，LTM9004 引起的最大可允许噪声必须是 -142.2dBm/Hz。LTM9004 的典型输入噪声是 -148.3dBm/Hz，据此计算出的系统灵敏度为 -116.7dBm。
一般情况下，此类接收器可受益于 ADC 之后的数字化信号的某些 DSP 滤波。在该场合中，假设 DSP 滤波器是一款具有 α = 0.22 的 64 抽头 RRC 低通滤波器。为了在存在同通道干扰信号的情况下运作，接收器在最大灵敏度下必须拥有足够的动态范围。UMTS 规范所要求的最大同通道干扰源为 -73dBm。
请注意，就一个具 10dB 波峰因数的已调信号而言，在 LTM9004 IF 通带内 -1dBFS 的输入电平为 -15.1dBm。在 LTM9004 输入端，这相当于 -53dBm，或 -42.6dBFS 的数字化信号电平。
RF 自动增益控制 （AGC） 设定为最小增益时，接收器必须能从手机中解调出 预计所需的最大信号。这种要求最终设定了在或低于 -1dBFS 时，LTM9004必须提供的最大信号。规范中规定的最小通路损耗为 53dB，而且假定手机的平均功率为 +28dBm。那么在接收器输入端，最大信号电平就是 -25dBm。这等效于 -14.6dBFS 的峰值。
UMTS 系统规范中详细说明几种阻断信号。在存在此类信号的情况下只允许进行规定大小的减敏；灵敏度指标为 -115dBm。其中的第一种是一个相距 5MHz 的邻近通道 （处于 -42dBm 的功率级）。数字化信号电平峰值是 -11.6dBFS。DSP 后处理增加 51dB 抑制，因此在接收器输入端，这个信号相当于一个 -93dBm 的干扰信号。结果灵敏度为 -112.8dBm。
接收器还必须与一个相隔 ≥ 10MHz 的 -35dBm 干扰通道相竞争。微型模块接收器的 IF 抑制将使这个干扰通道衰减至相当于峰值为 -6.6dBFS 的数字化信号电平。经过 DSP 后处理，该干扰通道在接收器输入相当于 -89.5dBm，结果灵敏度为 -109.2dBm。
还必须考虑到带外阻断信号，但是这些带外阻断信号的电平与已经讨论过的带内阻断信号相同。
在所有这些场合中，LTM9004 的 -1dBFS 典型输入电平均远远高于最大预期信号电平。请注意，调制通道的波峰因数将大约在 10 至 12dB，因此在 LTM9004 的输出端上，其中最大的一个将达到约 -6.5dBFS 的峰值功率。
最大的阻断信号是 -15dBm CW 音调 （超过接收频段边缘 ≥ 20MHz）。RF 前端将对这个音调提供 37dB 抑制，因此它出现在 LTM9004 的输入端时将为 -32dBm。在这里，这种电平值的信号仍然不得降低基带微型模块接收器的灵敏度。等效的数字化电平峰值仅为 -41.6dBFS，因此对灵敏度没有影响。
另一个不想要的信号功率源是来自发送器的泄漏。因为这是一个 FDD 应用，所以这里描述的接收器将是与一个同时工作的发送器耦合的。该发送器的输出电平假定为 ≤ +38dBm，同时发送至接收的隔离为 95dB。那么在 LTM9004 输入端出现的泄漏为 -31.5dBm，相对于接收信号偏移至少 130MHz。等效的数字化电平峰值仅为 -76.6dBFS，因此没有降低灵敏度。
直接转换架构的一个挑战是二阶线性度。二阶线性度不够将允许想要或不想要的任何信号，以引起基带的 DC 偏移或伪随机噪声。如果这种伪随机噪声接近接收器的噪声电平，那么上面详细讨论过的那些阻断信号将降低灵敏度。在这些阻断信号存在的每种情况下，系统规范都允许灵敏度降低。按照系统规范的规定，-35dBm 阻断通道可以使灵敏度降至 -105dBm。如我们在上面看到的那样，这种阻断信号在接收器输入端构成了一个 -15dBm 的干扰信号。LTM9004 输入端产生的二阶失真大约比热噪声低 16dB，结果预测灵敏度为 -116.6dBm。
-15dBm 的 CW 阻断信号还将导致二阶分量，在这种情况下该分量是一个 DC 偏移。DC 偏移是不想要的，因为它减小了 A/D 转换器能处理的最大信号。一种减轻 DC 偏移影响的可靠方法是，确保基带微型模块接收器的二阶线性度足够高。在 ADC 输入端，由于这一信号而产生的预测 DC 偏移 < 1mV。
请注意，发送器泄漏不包括在系统规范中，因此由于这一信号而产生的灵敏度下降必须保持到最小。发送器输出电平假定为 ≤+38dBm，同时发送至接收的隔离为 95 dB。LTM9004 中产生的二阶失真导致的灵敏度损失将 <0.1dB。
在规范中对 3 阶线性度仅有一个要求。这就是在两个干扰信号存在的情况下，灵敏度不得降至低于 -115dBm。这两个干扰信号是一个 CW 音调以及一个 WCDMA 通道，每个的大小都是 -48dBm。这些干扰信号每个都以 -28dBm 的大小出现在 LTM9004 的输入端。它们的频率与想要的通道相隔 10MHz 和 20MHz，因此 3 阶互调分量落在基带上。这里，这个分量仍然以伪随机噪声形式出现，因此将使信噪比降低。LTM9004 中产生的 3 阶失真大约比热噪声层低 20 dB，预测灵敏度降低 < 0.1 dB。
设计分析 - 140MHz IF 采样接收器
LTM9005 是一款 IF 采样接收器，采用了一个下变频混频器、IF 放大器以及一个可变衰减器、一个表面声波 （SAW） 滤波器和一个 14 位、125Msps ADC，如图 2 所示。LTM9005-AB SAW 滤波器的中心频率为 140MHz，带宽为 20MHz，允许 4 个 WCDMA 载波。LTM9005-AB 可与一个如上所述的类似 RF 前端一起使用，以构成一个完整的 UMTS 频带上行链路接收器。在这种情况下，一个合适的前端应该有 14.5dB 的最大 RF 增益。
图 2：在 LTM9005 微型模块接收器中实现的 IF 采样架构
以下是 LTM9005-AB 的典型关键性能规范：
-1dBFS 信号输入： -17.8dBm
输入噪声电平： -158dBm/Hz
IIP3
IF 内有两个音调： +17.7dBm
IF 外有两个音调： +19dBm
P1dB （IF 通带外）： +8.8dBm
IF 通带外抑制： 40dB
LTM9005-AB 的典型输入噪声为 -158dBm/Hz。考虑到 RF 前端噪声，在最大 RF 增益时，预测系统灵敏度为 -122.2dBm。
UMTS 规范要求最大同通道干扰信号为 -73dBm。在接收器设定为最大增益时，到达微型模块接收器输入端的电平为 -58.5dBm。请注意，已调通道的波峰因数将在 10 至 12dB，因此这个信号在微型模块接收器输入端将达到约 -48.5dBm 的峰值功率。这在 ADC 输入端相当于 -31.7dBFS。
在 RF AGC 设定为最小增益、手机平均功率为 +28dBm 时，该规范中规定的最低通路损耗为 53dB。那么在接收器输入端，最大信号电平就是 25dBm。这一条件限定了微型模块接收器之前可设定的最大 RF 增益。假定 RF AGC 范围为 20dB，那么在 LTM9005-AB 输入端的信号电平就是 -30.5dBm。考虑到波峰因数，那么在微型模块接收器输入端，这个信号将达到约 -20.5dBm 的峰值功率。这在 ADC 处相当于 -3.7dBFS。
假定在阻断信号存在的情况下，接收器设定为最大 RF 增益。灵敏度规范仍然为 -115dBm。请注意，一旦接收到的信号数字化了，那么其他带通滤波将利用 DSP 来完成。假定这运作有 20dB 的抑制因数。
在这些阻断信号中，第一个是电平为 -52dBm 的相邻通道阻断信号。该微型模块接收器的 IF 抑制为 40dB，DSP 后处理另增加 20dB。因此在接收器输入端，这信号相当于 -114.5dBm 的干扰信号，数字化信号的电平为 -50.7dBFS。结果灵敏度为 -122.2dBm。
该接收器还必须与相隔 ≥ 10MHz 的 -40dBm 干扰通道相竞争。这里，RF 前端仍然不提供对这个通道的抑制，但是微型模块接收器的 IF 和 DSP 抑制将衰减该通道信号，使其在接收器输入端的等效电平为 -102.5dBm。这相当于 -38.7dBFS 的数字化信号电平，而且所产生的灵敏度为 -119.8dBm。
在所有这些情况下，LTM9005-AB 的 -1dBFS 典型输入电平都远高于最大预期的阻断信号电平。请注意，所产生的灵敏度全部在规范规定的 -115dBm 范围之内。
带外阻断信号也必须考虑，最大的是 -15dBm CW 音调，位于接收频带边沿之外 ≥ 20MHz 之处。RF 前端将对这个音调提供约 37dB 抑制，而且 IF 滤波器将另提供 40dB 的衰减。考虑到 DSP 抑制，那么这个音调的电平等于 -114.5dBm。那么所产生的灵敏度为 -122.2dBm，数字化信号电平为 -60.7dBFS。
发送器输出电平假定为 ≤ +38dBm，发送至接收隔离为 95 dB。考虑到 IF 和 DSP 抑制，那么在接收器输入端的等效电平为 -119.5dBm 或 -55.7dBFS。结果灵敏度为 -122.2dBm，这也在规范规定的 -115dBm 范围之内。
就 3 阶线性度而言，在两个干扰信号存在的情况下，灵敏度不得降至低于 -115dBm。这些干扰信号是一个 CW 音调和一个 WCDMA 通道，每个的电平都为 -48dBm。这些干扰信号均以 -33.5dBm 的电平出现在 LTM9005-AB 的输入端。它们的频率与想要的通道相隔 10MHz 和 20MHz，因此 3 阶互调分量落在 IF 通带之内。这里，这个分量仍然以伪随机噪声的形式出现。利用适合于通带外音调的 IIP3，预测 3 阶分量在 -131.1dBm 出现。这比噪声电平大约低 30dB，而且对灵敏度没有影响。
结论
LTM9004 和 LTM9005 展现了 UMTS 基站应用所需的高性能，而且提供非常紧凑设计所需的较小尺寸和集成度 （参见图 3）。通过运用 SiP 技术，这些微型模块接收器采用了以最佳工艺 （SiGe、CMOS） 制造的组件和无源滤波器组件。
图 3：实际的演示板照片，该板最大限度地减少了所需的外部电路