低功耗接收機中頻子系統(tǒng)芯片AD608的原理、特點與應用

摘要：AD608是AD公司推出的一款3V低功耗接收機中頻子系統(tǒng)芯片，它內(nèi)含混頻器，并帶有限幅器和接收信號強度指示（RSSI）功能。可用于PHS，GSM，TDMA，F(xiàn)M，PM等系統(tǒng)中的接收機和便攜式儀表設備中。文中介紹了AD608的功能原理和典型應用。

關鍵詞：接收機 中頻子系統(tǒng) TDMA AGC

1 概述

AD608集成了低功耗、低失真、低噪聲的混頻器和一個完整的集成對數(shù)/限幅放大器，該放大器使用“連續(xù)檢測”技術?？商峁┮粋€高速RSSI（接收信號強度指示）輸出，并具有80dB的動態(tài)范圍和硬限幅輸出。RSSI輸出解級后面的雙極點低通濾波器能提供范圍為0.2～1.8V的輸出電壓。AD608的電源范圍為2.7～5.5V，在電源為3V時，典型功耗為21mW。

AD608芯片的射頻和本振帶寬都超過了500MHz。在一個典型的中頻應用中，AD608可使用240MHz的SAW濾波器輸出，并可把它交換到額定的10.7MHz中頻，其轉換增益為24dB。AD608的對數(shù)/限幅放大器單元可處理的中頻范圍從低頻到30MHz。

AD608的混頻器為雙平衡式“Gilbert單元”類型的混頻器，在射頻輸入為-95dBm～-15dBm時均可線性工作，它的額定IP3為-5dBm，芯片內(nèi)的本振預放大器只需要-16dBm的本振驅動?；祛l器的電流輸出可驅動一個鏈接在反向端的10.7MHz的330Ω濾波器，該濾波器符合工業(yè)標準。

對數(shù)放大器是這樣標度的：對于本振放大器的-75dBm的輸入信號，其輸出信號電平為0.2V；而在其輸入為-75dBm時，輸出是1.8V；在整個范圍中，對數(shù)放大器的一致性在±1dB內(nèi)。AD608中對數(shù)放大器的斜率正比于電源電壓。反饋環(huán)路可自動將輸入偏移調(diào)整到零。

AD608的限幅器輸出還可提供硬限幅信號輸出，其值為400mVpp。限幅放大器的電壓增益大于100dB，轉換時間是11ns。在頻率為10.7MHz時，對于-75dBm到+5dBm的輸入范圍，其相位穩(wěn)定度在±3°內(nèi)。

AD608地面觀察站有與CMOS邏輯電平兼容的電壓輸入使能，響應時間為200ns。禁止時可在400ns內(nèi)將功耗降到300μW。

AD608采用16腳塑料SOIC封裝形式。圖1所示為AD608的引腳排列圖，表1為其管腳功能描述。另外，AD608還有如下主要特點：

●片內(nèi)集成了完整的接收機；

●內(nèi)含對數(shù)/限幅放大器；

●功耗低3V電源時僅有21mW的功耗，在200ns的使能/禁止時間內(nèi)，利用與CMOS兼容的低楞耗控制功能可在低功耗狀態(tài)時將其功耗降低為300μW。

AD608中頻子系統(tǒng)芯片以其優(yōu)越的特性可廣泛用于PHS、GSM、TDMA、FM、PM接收機系統(tǒng)、采用電池供電的儀表設備以及基站RSSI測量系統(tǒng)中。

2 工作原理

圖2所示為AD608的原理功能框圖，它由混頻器和在其后連接的帶有RSSI和硬限幅輸出的對數(shù)中頻放大器組成?；祛l器采用改進的Gilbert單元結構。在線性工作時，不論混頻器輸入端的阻抗為多少，其最大輸入電平均可達到±56.2mV?；祛l器的輸入阻抗可建模為并聯(lián)RC網(wǎng)絡；輸入阻抗值與頻率的對應關系如表2所列。從射頻輸入端到中頻輸出端MXOP的1dB帶寬為30MHz。

表1 AD608的管腳描述

表2 混頻器輸入阻抗與頻率的關系

AD608的對數(shù)中頻放大器包含五級放大器，每一組的增益為16dB，后接限幅器，中頻帶寬是30MHz，限幅增益為110dB。相位抖動典型值是±3°（輸入-75dBm～+5dBm）。限幅器的輸出阻抗是200Ω，對于5kΩ的負載，限幅器的輸出驅動為±200mV(400mVpp)。在沒有輸入信號時，限幅器也可對噪聲波動進行限幅，以產(chǎn)生擺幅為400mV的隨機過零輸出。

由于對數(shù)放大器是直流耦合的，它具有大于110dB的增益，這樣，在其輸入端即使存在幾個微伏的偏移也會使輸出飽和。因此，AD608使用低頻反饋回路來消除輸入的偏移。該回路由一個限幅器驅動的電流源組成，該電流源可向FDBK端發(fā)送50微安的電流脈沖。這些脈沖經(jīng)過由C1，R4，C5組成的π型網(wǎng)絡進行低通濾波。經(jīng)過平滑后的直流電壓從中頻放大器的輸入端IFLO減掉。由于該放大器是一個帶反饋回路的高增益放大器，因此必須注意布局設計和元件值的選擇，以防止發(fā)生振蕩。

對數(shù)放大器使用連續(xù)檢測結構。五級中的每一級都具有全波檢測器；兩個額外的高低頻檢測器由位于限幅放大器輸入端的衰減器驅動，共有7級檢測器。由于每一級檢測器都進行全波整流，因此，在產(chǎn)生的整流電壓中的紋波成分是IF處的兩倍。AD608的低通濾波器具有2MHz的截止頻率，這比由于10.7MHz的中頻而產(chǎn)生的21.4MHz的紋波頻率低一個倍頻程。

在工作于較低的中頻時，AD608需要外接一單極點90kHz的低通濾波器，該頻率比這些中頻產(chǎn)生的900kHz紋波頻率低一個倍頻程。而對于在-75dB～+5dB的輸出，其RSSI的測量精度為±1dB。

在典型的峰窩通信應用中，AD608的RSSI輸出將由A/D轉換器予以數(shù)據(jù)化。AD608的RSSI輸出正比于電源電壓，這樣不僅使A/D轉換器可用電源作為參考，而且RSSI輸出和A/D轉換器的輸出均可跟蹤電源電壓的變化，從而降低系統(tǒng)的誤差和元件成本。

3 常見問題

使用AD608經(jīng)常發(fā)生的問題有：在偏移反饋回路中使用不正確的元件值，比較差的印制板布局，以及存在射頻干擾，這些都會使得AD608在低端（低于-65dBm）時失去RSSI測量能力，而使得限幅器隨機擺動。比較差的印制板布局設計和不恰當?shù)钠品答伝芈范紩斐傻皖l振蕩。而不恰當?shù)牟季衷O計和屏蔽會產(chǎn)生射頻干擾。

4 典型應用

圖3所示為AD608工作于10.7MHz中頻數(shù)字系統(tǒng)配置形式。濾波器的輸入和輸出阻抗使用330Ω的電阻予以并聯(lián)端接，轉換增益是24dB。

圖4所示為AD608工作于450kHz或者455kHz時的窄帶FM應用配置，該電路在外部接有鑒頻器。它的IF濾波器具有1500Ω的輸入和輸出阻抗。電路中的輸入應由電阻網(wǎng)絡予以匹配，鑒頻器所需的1Vpp的驅動電壓則由增益為2.5的A類放大器提供。