AD6655在3G基站系统中的应用

0 引言
基站是移动通信系统的重要组成部分，在第三代移动通信系统(3G)中基站一般由射频前端、数字中频和基带处理构成。由于数字中频处于模拟和数字的转换部分，因此它的性能往往对基站系统的性能起着决定性作用。目前，数字中频的上行链路部分通常以高速采样的模拟数字转换器(ADC)、数字下变频(DDC)及抽取滤波实现。
ADC完成模拟中频信号的数字化。在数字中频接收链路中，A／D变换中的做法是同时使用OverSampling和UnderSampling两种技术。使用OverSampling技术，可以提高ADC的SNR，提高邻道抑制；使用UnderSampling技术，可以保证在现有A／D器件采样率的条件下，实现较高频率的模拟中频输入，相当于完成了一次数字域下变频。以TD-SCDMA协议为例可以计算，12 b ADC能够满足性能要求。通带取决于奈奎斯特准则在带宽下对采样率的要求，12载波的信号带为20 MHz，那么ADC的采样频率久要大于40 MSPS。目前，市场上TI，ADI，LINEAR，Maxim的产品能够满足要求。另外从性能价格比考虑，基站设备厂家一般选择12～14 b位宽的ADC，中频采样频率常用的有：76．8 MSPS，81．92 MSPS，122．88 MSPS等。
数字下变频器完成采样数据到基带的转换，由于DSP处理速度的限制，用纯软件不能实现这部分功能。目前硬件实现的组成结构与模拟下变频器类似，包括数字混频器、数字控制振荡器(NCO)和低通滤波器(LPF)三部分组成。DDC的运算速度受下级DSP处理速度的限制，同时其运算速度决定了其输入信号数据流可达到的最高速率，相应地也限制了ADC的最高采样速率。数字下变频的数据精度和运算精度也影响着基站的上行性能。影响DDC性能因素有：一个是输入数据位宽、NCO位宽；二是NCO相位的分辨率。目前常用的DDC实现方式有ASIC，FPGA等，常用的实现结构为数字混频器、CIC+FIR滤波器和抽取滤波器组成。目前，市场上有许多专用DDC芯片，比如TI，Intersil等，而FPGA实现中Altera和Xilinx都有完成该类滤波器和运算的可选择高速芯片。
最后，为实现基带I／Q数据流的路由和传输，往往会进行数据格式转换和串化解串化(SerDes)转换。再考虑到众多测试功能，这部分一般需专门考虑，这里不多赘述。

1 系统需求分析
数字中频是TD-SCDMA基站中的重要组成部分。对数字中频部分性能需求进行量化分析，可以更清楚地认识数字中频在系统中的位置及其对系统性能的影响，为数字中频研发和测试的提供参考。
TD-SCDMA协议中规定，接收机天线口输入有用信号功率在-110～-80 dBm范围内。同时协议中规定，邻道功率最强为-55 dBm的单码道CDMA信号，15 MHz射频带内最强带外阻塞信号功率为最小3．2 MHz，频偏-40 dBm的单码道CDMA信号。ADC入口的最大功率为6 dBm时，可以估算频链路额定增益为40 dB，若接收机射频链路的噪声系数可以做到5 dB，则可以估算ADC输出信噪比应大于74 dB，ADC的有效位宽应大于等于12 b。
计算过程参考如下方法：

采样时钟抖动(Jitter)和ADC固有的抖动也会恶化信噪比，在大信号输入时尤为明显。根据SNR=-20 log(2πfσt)，以采样时钟为100 MHz计算，当射频部分无带外抑制时，链路增益为40 dB，此时Jitter等效ADC输入口噪音功率为-65 dBm，允许的时钟抖动为5 ps。当射频部分对带外阻塞信号有15 dB抑制时，链路增益为55 dB，此时Jitter等效ADC输入口噪音功率为-50 dBm，允许的时钟抖动为20 ps。
A／D采样信号经过抽取后会混到有用信号带内，因此在射频链路对阻塞信号没有任何抑制的情况下，需由数字滤波器将其滤除。最恶劣情况下阻塞信号会比有用信号强70 dB，因此数字滤波器的远端带外抑制应达到70 dB。滤波器一般选用CIC，ISINC，RRC级联实现，NCO的杂散应小于-80 dB。TD-SCDMA协议中规定，要采用滚降因子为O．22的根升余弦滤波器(RRC)来实现反脉冲成形滤波。图1为一般DDC的实现框图。

2 AD6655的结构和工作原理
AD6655是Analog Device公司的一款功能强大的中频接收器件。它内置双通道14 b、最高125 MSPS采样率的ADC，宽带DDC，以及功率检测功能。
AD6655具备以下特点：
(1)1．8 V模拟供电，1．8～3．3 V输出供电，有低功耗模式；
(2)双通道ADC：内部参考电压，1～2 V输入电平范围，采样频率最高到125 MSPS，SNR为71．7 dBc to70 MHz@125 MSPS，SFlDR为85 dBc to 70 MHz@125 MSPS，85 dB的隔离度；
(3)内置ADc时钟占空稳定器，1～8倍的时钟分频；
(4)双通道DDC，包含32位NC0，半带插值滤波，FIR滤波器；
(5)复合信号检测功能。
它的结构框图如图2所示。

此款芯片可以应用在：GSM，EDGE，TD-SCDMA，WCDMA，CDMA2000，IMT-2000，WiMax，LTE等领域。
AD6655虽然是一颗14 b高速ADC，但由于内嵌了抽取滤波器，所以在产业化阶段并不需要严格的进口许可认证，对降低系统成本起到很大作用。

3 AD6655在TD-SCDMA基站系统中的电路设计
由于AD6655为双路ADC+DDC，所以在多天线基站系统中使用比较方便，例如8天线智能天线系统只需要4片AD6655。为满足采样时钟的Jitter要求，采用AD9510锁定系统时钟并驱动AD6655的采样时钟(LVPECL逻辑)，匹配方式为交流耦合。AD6655采用内部参考电压，模拟中频信号由SMA连接器输入后，采用1：4的balun由不平衡输入转换到平衡输入，可以得出中频信号的溢出告警电平为10 dBm左右，系统对模拟中频输入信号的功率要求为小于6 dBm。图3为基站的上行结构框图。