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滤波器简化软件无线电设计

    Linear公司LTC1992滤波器在软件无线电的信号链中,取代四运算放大器。
  
    SDR(软件无线电)具有极大的适应性,允许随意改变模式或波形。本设计方案将焦点放在适度带宽SDR的“激励源”部分(图1)。RF载波或发射机IF加入积分调节器,根据设计细节,经调制的输出为进一步频率转化或扩大而退出。DSP部分一半用于分析基带信号——既然这样,信号分为实部和虚部。这些信号源于语音经带ADC麦克风的输出,或计算机中的数据。不管信号来源,DSP完成一串数字的计算,实现滤波,也许增加了信号音调或打包数据,转换数据串到最后I和Q的调制信号。对适度带宽,立体声Σ-ΔDAC或编码器提供转换到模拟信号,对信号实现一些额外滤波。积分调制器由一对混频器组成,所以这些滤波器通常是必要的。这些混频器将基带频率的任何噪声直接转化到调制器输出。

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    输出噪声是个问题。FCC(美国联邦通信委员会)规定一些设备上,如地面移动无线电,频谱遮罩或邻近信道功率比的需求。这些需求根据信道带宽和发射频率改变,控制允许发送的频谱。它们的功能通常一致,但在发射机邻近信道上限制与其他用户冲突。满足频谱遮罩是调制的需求;不能保证无线电没有满足需求,且没有这个证明,是不能合法销售的。图2显示一个频谱遮罩的例子,47 CFR 90.210 G,X轴显示距信道中心的偏移量,Y轴显示未调制的载波输出。这个遮罩应用于800MHz SMRS(专用移动无线电服务),其信道分别为25kHz,而信号仅占据20kHz。
  
    未调制载波首先传送到遮罩中心和顶部,与相应发射机的输出功率相适应。然后,开始调制,传播频谱。所得频谱必定降到所有位置的遮罩线位置以下。
  
    图2中闭合检查显示一些有趣的特征。在载波痕迹上,采样频率的毛刺出现在距中心±19.2 kHz。被调制频谱也很有趣。Σ-ΔDAC中滤波器在大约±10kHz处引起几乎垂直下降。约±12kHz出现隆起,随频谱增加逐渐下降,这是由高功率放大器的非线性引发的。

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    许多适度带宽SDR需要在Σ-ΔDAC的单端输出和典型平衡输入积分调制器之间转化。常常需要跟随带硬件滤波器的DAC输出,其消除DAC的高频噪声,并确保满足频谱遮罩需要。更复杂的事情,DAC的最佳共模和差模输出电压很有可能与调制器需要不同。简单的缩放比例因数与共模和差模电压无关。
  
    考虑所有常规方法,每个I或Q通道都需要带多滤波器的四运算放大器。滤波器需要匹配精密器件,确保载波和单边频带抑制——理想积分调制器的关键——作为基带频率不能降级。另一方面,Linear技术公司的LTC1992,用单一器件解决问题。在其数据手册中,Linear显示了完全平稳的方法(参考文献1)。
  
    然而,其关闭,完全平稳的方法不是必须的。图3电路,在输出信道和消除一些危险器件匹配需求之间,具有极好的相位和幅值平衡。管脚2设置需要的共模输出电压,DAC的参考电压通过管脚8的输入电阻连接。注意到任何输入和参考电压之间输出的匹配不当,将引起不对称摆动。这个应用旁路管脚7。滤波器为有源单极电路,级连反向Sallen-Key滤波器,但是其他拓扑也是可行的。

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    图4显示对地正通道的被测频率响应。显然6dB缺口是仅着眼于一半差分输出电压的结果;当检查全平稳输出时,网络增益为0dB。图5显示理想等振幅和正负输出之间180°相移的测量方差。在临界300Hz到3kHz的范围内均小于0.1dB和0.1°。即使在50kHz,误差也小于0.5dB和1°。

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