MAX2701及其在卫星接收机中的应用
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增大字体摘要：介绍了用于直接下变频（零中频）接收机的解调芯片ＭＡＸ２７０１的主要特点和功能，并给出了它在卫星接收机中的典型应用。
关键词：MAX2701 芯片 直接下变频 卫星接收机
随着无线通信技术的迅猛发展，面向专用系统的射频集成芯片的种类越来越多，集成度越来越高。从某种意义上讲，一个完整的无线通信系统射频模块的构建过程，已经变成对适合芯片的选择与使用的过程。因此，射频系统性能的优劣很大程度上取决于所选核心集成芯片的性能。ＭＡＸ２７０１是笔者在设计一种卫星通信接收机过程中所使用的一款美信公司用于直接下变频接收机的射频芯片。本文在介绍这款芯片特点的同时，将围绕它在卫星接收机中的具体应用做详细介绍。
图1 MAX2701的功能模块图
１ 美信ＭＡＸ２７０１零中频接收解调芯片
１．１ 概述
ＭＡＸ２７０１是一款用于零中频结构的正交调制解调芯片，它是专为２．１ＧＨｚ～２．５ＧＨｚ的宽带无线局域网系统设计的。零中频结构接收机在系统中不存在中频ＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ），因而避免了镜像干扰，节省了镜像滤波器的设计成本；同时，它免去了中频变频模块和中频带通滤波器，大大简化了整个接收机的设计，节约了成本，易于高度集成化和小型化。
１．２ 基本模块
ＭＡＸ２７０１主要由五个功能模块组成：低噪声放大器ＬＮＡ、正交下变频器、基带可控增益放大器、基带增益平衡调控电路和偏置电路。其功能模块图如图１所示。
低噪声放大器ＬＮＡ模块由一个单端输入、增益可调放大器实现，它的噪声系数在电源电压＋３Ｖ时为２．３ｄＢ；正常工作状态下增益达１６ｄＢ。
正交解调模块将射频信号直接下变频到基带，解调出Ｉ／Ｑ两路信号。信号的放大和滤波主要集中在基带进行，对于放大器的设计和高Ｑ值滤波器的实现都很有利。同时，中频声表面波滤波器ＳＡＷ和中频本振模块的节省，大大简化了系统的复杂性，降低了成本，缩短了开发周期。
图2 卫星接收机模块简图
解调模块包括：两个线性度很高的双平衡混频器； 一个本振可选倍频模块、本振正交变换模块、基带Ｉ／Ｑ缓冲放大器。
基带可控增益放大器的设计在ＭＡＸ２７０１中独具特色，它对Ｉ／Ｑ两路信号分别采用了总增益８０ｄＢ、可控增益达６０ｄＢ的两级增益可调放大器。第一级是一个级联差分输入单端输出的宽带放大器，它的设计目标是在高增益状态下的低噪声、低功耗以及高线性度；第二级也是一个多级差分输入单端输出的宽带放大器。在这两级之间通过外接的滤波器可以构成频道选择滤波器，从而达到抑制邻道功率的作用。
Ｉ／Ｑ增益失配矫正模块是针对直接下变频接收机结构的增强措施。Ｉ／Ｑ两路基带信号会因为例如信道特性不同、本振信号相移误差等诸多因素导致增益的不平衡。这将导致解调Ｉ／Ｑ星座图上点迹混沌、ＥＶＭ值增大、误码率升高，严重影响解调性能。ＭＡＸ２７０１的Ｉ／Ｑ增益失配矫正模块首先比较Ｉ／Ｑ两路信号在最终输出端的幅度，
javascript:window.open(this.src);" style="cursor:pointer;"/>其误差信号通过一个微分反馈网络，调节两级放大器的增益控制电路。动态调节两路信道的增益，从而补偿了前两级放大器增益的不平衡。此外，它对两路信道低通滤波器的插入损耗的失配同样能够起到平衡作用。
在ＭＡＸ２７０１芯片中还设计了增益可调放大器的偏移调控电路。它通过一个内置的偏置矫正反馈放大器消除增益可调放大器的直流偏移。在放大器的增益达到饱和状态时，直流偏移会影响放大器的工作点而影响非线性性能。在偏移调控电路中的时间常数会影响芯片的上电时间，所以在对上电时间要求比较严格的情况下，可以通过外接交流短路电容来禁用偏移矫正功能。
ＭＡＸ２７０１采用３Ｖ的低电压供电，正常工作状态下功率不超过０．５Ｗ，关断状态下功耗降低至６０μＷ。基带Ｉ／Ｑ两路信道带宽更是达到５６ＭＨｚ，使它的适用范围较为广泛。其适用的系统包括：
１无线本地环路，无线局域网；
２宽带直接序列扩频系统；
３双向ＭＭＤＳ；
４宽带２．４ＧＨｚ ＩＳＭ频段无线电系统；
５数字微波系统。
表１中列出了ＭＡＸ２７０１的主要参数和性能指标。
表1 MAX2701的主要参数和性能指标
| 电源电压 | +2.7V～+3.3V | 混频增益 | 18dB |
| 工作电流 | 160mA | 双边带噪声系数 | 12.8dB |
| 工作频率 | 2100MHz～2500MHz | 基带带宽（-1dB） | 26MHz |
| LNA NF | 2.3dB | 基带带宽（-3dB） | 56MHz |
| LNA 增益 | 16dB | 本振动率范围 | -16～-10dBm |
| 输入TOI | +3.8dB | 基带电压增益 | 40dB |
２ 应用实例
在实际项目的设计中，笔者使用ＭＡＸ２７０１作为核心芯片，构建了一种用于卫星通信的接收机，整个接收机系统的功能模块简图如图２所示。
卫星接收机是无线通信系统中一种常见的接收装置，它最主要特点是对接收灵敏度的要求很高。在本系统设计中，低噪声放大器采用了片外独立的模块，以期获得最好的噪声系数特性。通过对样机的实测，系统中的ＬＮＡ的噪声系数达２．０，优于ＭＡＸ２７０１片上ＬＮＡ的噪声特性。与此相适应，系统对本振频率的相位噪声、频率稳定度等指标的要求也很高。它采用了Ｓｉｌｉｃｏｎ的一款高性能的单片集成频率合成芯片。通过实测，其本振信号的特性完全达到了系统要求。
此外，本系统要求高度小型化，采用以ＭＡＸ２７０１为核心芯片的零中频结构，能最大程度地减小接收机的体积。图２中虚线框内的模块就是由ＭＡＸ２７０１实现的，由此可见，其集成度是很高的。
２．１ ＭＡＸ２７０１芯片应用
由于ＭＡＸ２７０１采用了小４８脚的ＴＱＦＰ－ＥＰ封装，体积很小，高频端的布线必须考虑射频干扰。在本项目中，舍弃了片中ＬＮＡ的使用。这无疑给布线带来了方便，同时减轻了避免射频干扰对布线带来的压力，这也是为提高调试成功率所采取的措施之一。接收的射频调制信号经过低噪声放大器和高Ｑ值带通滤波器以后，需要作单端－平衡变换后馈入ＭＡＸ２７０１混频器前端ｂｕｆｆｅｒ的平衡输入端。如果采用Ｂａｌｕｎ线，一方面增加成本，另一方面占用宝贵的版图布线空间，且易于引进串扰。在本系统中，射频链路上的增益已经能够满足设计要求，对省去Ｂａｌｕｎ线而引起的３ｄＢ增益损失有足够的储备。因此系统采用了最直接的单端馈入。
在射频电路调试中，各级放大器、滤波器的匹配是一项很重要的工作。首先必须对ＬＮＡ和ＭＡＸ２７０１的隔离放大器输入端进行５０Ω匹配；其次，在ＭＡＸ２７０１的基带处理部分，它的Ｉ／Ｑ两路两级４个放大器的输出阻抗都很小，只有几个欧姆，而输入阻抗在２ｋΩ的量级上。在设计低通滤波器时，这些都必须考虑到。
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作者：佚名
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