基于滤波器和混频器实现软件无线电的应用设计方案

作者：John Wendler;Ray Tremblay

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。

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。

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。

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°。