TD-SCDMA手機射頻前端設計分析

美信今年一季度開發出商用的TD-SCDMA手機射頻套片，為TD-SCDMA的商用化進程立下戰功。本文在該公司基于此套片的參考設計基礎上，詳細探討了在TD-SCDMA手機射頻前端設計中應考慮的一些關鍵技術問題。

TD-SCDMA與另外兩種第三代移動通信標準相比有四大技術特點：雙向智能天線技術、反向鏈路同步技術、反向聯合檢測技術、動態信道分配技術，其中雙向智能天線技術得益于它收發同頻。除四大技術特點外，TD-SCDMA還有終端費用低、運營成本低的優勢，終端費用低得益于TDD工作模式；運營成本低得益于收發同頻，不需要成對頻點。

美信公司新推出的商用TD-SCDMA手機射頻套片共有兩顆：MAX2507和MAX2392。MAX2507是發射芯片，集成了自模擬I/Q至功放輸出的所有電路，主要功能模塊有：I/Q正交調制器、混頻器、可變增益放大器、功率放大器、射頻本振VCO、射頻鎖相環、中頻本振電路、射頻功率檢波器。MAX2392 是零中頻接收芯片，集成了自低噪聲放大器至模擬I/Q輸出的所有電路，主要功能模塊有：低噪聲放大器、I/Q正交解調器、可變增益放大器、信道選擇濾波器、DC-Offset自動去除電路、I/Q幅度自動校準電路、VCO、鎖相環。為方便用戶設計，MAXIM還提供有完整的參考設計方案（圖1），該參考設計的有效射頻PCB面積為6.6平方厘米，工作在3-3.6V，可直接由單節鋰電池供電。

3GPP針對TD-SCDMA終端規定了很多技術指標，這些指標根據其制定的目的可以分作三大類：一是為滿足系統自身的需要而設定的指標，如發射機輸出功率等級、功率控制精度、最小可控發射功率、發射信號調制精度EVM、接收機靈敏度、最大可接收信號幅度、頻率穩準度等；二是為反映系統魯棒性而設定的指標，如接收機雜散響應指標、抗單音雙音干擾指標、接收機鄰道選擇性指標ACS等；三是為防止該系統對系統自身或其它系統造成干擾而設定的指標，如收發信機雜散輻射指標、發射機鄰道功率泄漏ACLR、發射信號頻域模板、發射機互調指標等。對于這些指標的詳細論述，請參考3GPP相關標準。本文以MAXIM參考設計為例，僅就一些具有挑戰性的指標加以討論。

ACLR指標

ACLR指標是為防止發信機對鄰近頻點信道造成干擾而設定的指標，它也是衡量發射機非線性失真程度的一個重要指標。TD-SCDMA信號屬于非恒包絡調制，它的成型濾波器是根升余弦濾波器，滾降系數為0.22，因此當通道存在非線性幅度壓縮時，在TD-SCDMA信號頻譜兩側會產生新的頻譜成份，ACLR指標是指落入鄰近信道的信號與主信道信號功率之比。TD-SCDMA標準規定相鄰信道ACLR指標應不大于-33dBc，隔一信道該指標應不大于-43dBc，但當泄漏到鄰近信道的信號功率小于-55dBm時，可不考慮ACLR指標。MAXIM參考設計在最大發射功率時，鄰信道與隔一信道ACLR指標都有較大余量。

MAX2507還有一個特點就是它在小信號發射時，ACLR指標并不是變得非常好，看來是一個缺點，實際上這恰恰是MAXIM工程師在設計MAX2507時的獨具匠心之處。MAX2507保證ACLR指標在所有發射功率電平下均能滿足標準要求，且有一定余量的同時，根據發射功率大小自適應地調整功放偏置電流，這使得該芯片在實際應用中非常省電。

發射信號頻譜模板

發射信號頻譜模板與ACLR同是為防止發信機對鄰近頻點信道造成干擾而設定的指標，同是由通道的非線性幅度壓縮而引起的，較ACLR指標相比，該指標更嚴格一些。ACLR指標只是粗略地規定了再生頻譜分量與主信道頻譜分量功率之比，而頻譜模板則詳細規定了再生頻譜分量在偏離載波0.8MHz至4MHz范圍內的相對大小。如果你測試過一些線性功放，你就會發現有時ACLR指標很好，但卻不能滿足頻譜模板的要求，原因是再生的頻譜分量上下兩個邊帶不對稱，且邊帶的形狀并不是想象中的3階、5階頻譜的疊加形狀，其形狀之所以較理想非線性產物頻譜有較大差異，是因為它和非線性器件輸入輸出匹配有關。雖然MAX2507已設計成50歐姆輸入輸出阻抗以方便客戶使用，但實際應用中MAX2507功放前后的電路并不總是很理想，這樣就造成了再生頻譜分量的不對稱和某些頻點處有凸包出現，以至于不能滿足頻譜模板的要求。為對付該問題，MAXIM在MAX2507內部設計了一個巧妙的電路，通過更改寄存器數值來補償外部電路的非理想性，從而可以輕松解決該問題。