2 (IIP3-MDS) 3
模拟前端总的三阶截点与每一级的增益及每一级的三阶截点均有关:
1 1 G1 G G 1 2 IIP3 IIP31 IIP3 2 IIP33
计算级联系统的指标参数: 1.噪声系数 对于滤波器等没有噪声系数和增益值的器件，噪声系数和增益可以由其插入损耗得出， 即噪声系数等于插入损耗，增益等于插入损耗的负值。可调增益为最大时，求图中各器件对 数值指标所对应的倍数即得到: F1=1.58,G1=0.631,F2=3.55,G2=0.282,F3=2.24,G3=115,F4=12.6, G4=0.0794,F5=7.59,G5=10000,F6=2.24,G6=115,F7=7.94,G7=0.126 由级联噪声系数公式得：NF=12.36dB 2.灵敏度 无线通信中制定的信噪比一般为 9dB，加上预留 3dB 裕量，一般取 12dB，在地波雷达中 一般取 10dB，它表示信号功率高于噪声 10dB 时可有效分辨！BW 虽然指信号带宽，但由于射 频系统滤波器带宽一般会大于信号带宽，所以 BW 实际应该取滤波器带宽，它本质上代表信 号中掺杂的噪声的带宽。 由级联灵敏度公式得：
测试原理框图 3.测试系统增益 （1）根据被测试接收机动态范围，调整好扫频信号源衰减器，并在测试频率范围内校 准零分贝线 （2）按图连接，调整被测接收机到产品规范规定的工作状态 （3）调整精密可变衰减器使接收机工作在线性放大状态，在标量网络分析仪的屏幕上 直接读出分贝数 L1,记录外接精密可变衰减器的衰减值 L2 （4）增益计算式：G=L1+L2
测试系统框图 4.测量动态范围 （1）调整被测接收机到产品规范规定的工作状态 （2）调整高频信号源到连续波工作状态、 （3）调整精密可变衰减器的衰减量，当被测接收机的输入功率为临界灵敏度值时，记 录精密可变衰减器的值 L1 及电压表对应指示值 U0 （4）逐步减小精密可变衰减器的衰减量，当电压表指示值对于产品规范规定的最大变 化值时，记录精密可变衰减器的对应指示值 L2 （5）动态范围计算式： D=L1-L2
F Si Ni S0 N0
其中，输入噪声功率 N i 可以表示为： N i KTB 其中，k 为波尔兹曼常数，k 1.38 10 23 J/K;T 为输入端噪声温度，单位为 K；B 为输 入端噪声带宽，单位为 Hz。 级联噪声系数可表示为：
F F1
F 2 1 G1

F 3 1 G1 G 2
测试系统框图
参考文献： 1.张国军，近程高频雷达接收机若干模块的设计，武大硕士论文； 2.王才军，《射频电路》课件； 3.骆文，高频地波雷达接收机模拟前端的设计； 4.2.4GHz 接收机模拟前端设计与实现，武大硕士论文；
10lg[
dBm
V p p :ADC 峰-峰值电平， N：ADC 位数
G=G1+G2+G3+···+GN 满足条件：模拟前端的增益=分层电平-灵敏度电平 3.灵敏度: 接收机的灵敏度表征的是接收机接收微弱信号的额能力， 是衡量模拟前端微弱信号能力 的重要指标， 定义为在保证一定输出信噪比的情况下， 模拟前端所要求的最小输入信号功率。 接收机的灵敏度是指当接收机正常工作时能从接收天线上所感应到的最小信号 （电势， 场强 或功率），能够接收的信号越弱，则接收机的灵敏度越高。 系统级联 灵敏度计算表达式如下：
P in, min (dBm) 174dBm / Hz NF 10 lg BW SNR min
=-174+12.36+ 10 lg 2000 +10 =-108.63 dBm
3.系统增益 模拟前端增益的确定原则是:保证解调器输入端一定信噪比(即对接收机前端噪声系数 的要求,取 10dB)情况下,把灵敏度信号电平放大至解调器工作门限.数字化接收机的前端增 益,与所使用 ADC 的量化噪声有关.为了防止在接收最小信号电平时 ADC 的量化噪声指标的恶 化,接收机模拟前端的总增益应足够高,送到 ADC 输入端的最小信号电平加上前端电路的热 噪声电平至少应大于一个 ADC 量化分层电压。为了保证能够有效检测信息,又要求 ADC 输入 端信噪比大于 10dB.本方案采用美国 ADI 公司生产的 AD9245 作为模数变换器,它具有 14 位 的分辨率,其差分输入峰峰值电压范围为 2V,故分层电压为 244V,有效值为 86.32V,输入阻抗 为 50 时其量化电平 Pq=-68.3dBm.因此,当模拟前端输出的信号电平达到-68.3dBm 时便可 保证最小接收信号能被 ADC 可靠地数字化 G=G1+G2+G3+···+GN =-2-5.5+20.6-11+40+20.6-9 =53.7 dB 量化电平-灵敏度电平=-68.3-（-108.63）=40.33 dB 所以增益满足系统设计要求。 4.动态范围 AD603，IIP3 取 10dBm，混频器的 IIP3 取 22dBm。 模拟前端总的三阶截点与每一级的增益及每一级的三阶截点均有关:
增益法测试框图 用信号源和频谱仪测量出接收机的增益 （在接收机能够接收的电平范围都可以， 如果感 兴趣的是接近接收机小信号时的噪声系数，可以选择接近灵敏度电平，比如小于- 100 dBm 的信号强度）;为获得稳定和准确的噪声密度读数，选择最优的分辨带宽（RBW）与视频带宽 （VBW），使频谱仪上的基底噪声看起来比较干净。视频带宽越小，频谱仪上显示的基底噪 声越小，Pout 读数越准确。 2.测试灵敏度 （1）设置信号源的输出信号的脉冲宽度、脉冲重复频率 （2）增加信号源的输出功率，记录被测设备恰好能够显示正确的信号参数时信号源输 出的功率值和测试馈线损耗值 （3）计算选定频率点的接收机灵敏度=功率值-损耗值
三、指标计算与测试 系统指标核算思路： 1.噪声系数： 噪声系数就是一个表征模拟前端内部噪声大小的物理量。用 S i 表示模拟前端输入信号 功率， N i 表示模拟前端输入噪声， S i N i 表示模拟前端输入端的信噪比；用 S 0 表示模拟前 端输出信号功率， N 0 表示模拟前端输出噪声功率， S 0 N 0 表示模拟前端输出端的信噪比。 噪声系数定义为输入端信噪比与输出端信噪比的比值，用公式表示为：
f f
s i

p 1 进行 q p
若选用 21.4MHZ 的中频，接收信号与中频的比值为 0.561~0.654。若 p、q 次谐波按上 式组合后落入这一范围，则该组频率便会对有用信号产生干扰。从上表中可见，没有落入这 一范围的组合频率点。 采用 21.4MHz 的高中频， 中频干扰和镜频干扰频率远大于波段最高频 率，前端电路信号对它们有足够的抑制能力，故这两种干扰基本上可以不考虑。 确定 LO：中频确定后，由公式 IF LO RF 得本振信号的频率范围为 33.4~35.4MHz。 2、杂散干扰：一个系统的发射频段外的杂散发射落入到另外一个系统接收频段内造成 的干扰。杂散干扰直接影响了系统的接收灵敏度。 该中频可能会受到的机内杂散干扰： 功放产生和放大的热噪声、 射频信号混频后输出的 互调产物，以及接收频率范围内收到的其他干扰。 3、选择中频大于射频的原因 (1)中频频率越高，镜像频率与信号频率相差越大，则 RF 滤波器对它的选择性就越高， 也就是对镜像干扰的抑制能力越强。 (2)当频率等于中频的干扰信号进入混频器的射频输入口，混频器对中频信号而言，相 当于一个放大器，没有混频而是直接输出。因此中频干扰对超外差式的接收机影响较大。中 频频率越高，中频干扰与信号频率相差越大，则 RF 滤波器对中频干扰的抑制能力越强。 (3)高中频的晶体滤波器价格适中，较易选择。
1 1 G1 G G 1 2 IIP3 IIP31 IIP3 2 IIP33
计算得 IIP3=5.32dBm
SFDR=
2 (IIP3-MDS)=75.95dB 3
综上，本文设计的模拟前端的各理论指标为： 1、 增益范围：53.7dB 2、 噪声系数：12.36dB 3、 灵敏度： -108.6dBm 4、 动态范围：75.95dB 测试指标流程 1.测试噪声系数 采用频谱分析仪测量噪声系数， 即增益法， 该方法对于频率在所用频谱仪频率范围内的 被测件都能进行测量。 基于噪声系数的定义可以得到一个测量公式：
P in, min (dBm) 174dBm / Hz NF 10 lg BW SNR min
NF: 噪声系数，dB BW：噪声带宽，Hz SNR min ：信噪比
4.动态范围： 动态范围是指接收机能正常工作并产生预期输出时， 输入信号强度允许变化的范围。 描 述接收机动态范围的有无杂散动态范围(SFDR，Spurious-Free Dynamic Range 或称三阶失 真)、阻塞动态范围(BDR，Blocking Dynamic Range 或称线性增益动态范围)和三阶互调点 (TOI，Third Order Intercept Point 或称 IIP3)。动态范围的下限一般是灵敏度或称最小 可检测信号（MDS，Minimum Discernible Signal），SFDR 的上限是三阶互调产物等于 MDS 时的输入功率，BDR 的上限是 1dB 压缩点输入功率，TOI 的上限是输入三阶互调点。注意到 一阶基波与三阶互调的斜率比为 1:3，由几何关系，很容易得出如下关系（单位：dB）： SFDR=
一、指标参数 SA630D 参、1、频率选择 确定 RF：由系统要求发射频率设计为 13MHz 频段，在 12~14MHz 可微调，用于避开射频 干扰。得射频频率范围为 12~14MHz。 确定 IF：由于模拟前端输出信号要经过 A/D 带通采样，因此该信号必须为严格的带限 信号；否则由于频谱混叠，数字信号处理将完全无法进行。选择合理的中频，能大大减少组 合频率干扰，满足后续信号处理的要求。 接收信号的频段范围为 12~14MHz，取高中频混频方案时，采用公式 分析。用不同的 p、q 值，算出相应的值。