2004年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)提出新型數(shù)字集群通信系統(tǒng)DMR(Digital Mobile Radio),，DMR系統(tǒng)與TETRA和iDEN系統(tǒng)相比具有易于實現(xiàn),、成本低廉等優(yōu)勢，已經(jīng)開始受到國內(nèi)外各大集群設(shè)備生產(chǎn)廠商的高度重視,。因此,，文中提出一種專門針對DMR系統(tǒng)的接收機(jī)設(shè)計，對射頻信號采用兩次下變頻，先后得到45．05 MHz和455 kHz的兩個中頻信號,，最后再由鑒頻芯片TA31 136解調(diào)得到語音信號,。本方案具有成本低，性能良好,，接收分辨率高,，覆蓋范圍廣等優(yōu)點，已成功應(yīng)用在我們開發(fā)的DMR數(shù)字終端設(shè)備上,。

1 本接收機(jī)的總體設(shè)計方案

        其中兩個BPF均為分立元件搭建,、陶瓷濾波器。MCF采用成品元件,、IF AMP為三極管搭建,，在此不進(jìn)行詳述。下面主要對各重要模塊設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)說明,。

(1)低噪放LNA的電路設(shè)計,。

        本接收機(jī)用于實際批量產(chǎn)品，處于降低成本的考慮,，低噪放LNA采用MOS管3SK318及外圍電路來實現(xiàn),，其電路圖，如圖2所示,。

        通過調(diào)節(jié)3SK318的偏執(zhí)電路,，當(dāng)供電電壓為5 V時，上圖中有V1=4．91 V,，V2=4．81 V,，V3=0．99 V，V4=2．0 V,，此時LNA的放大增益為20 dB,。

(2)接收機(jī)本振鎖相環(huán)電路設(shè)計。

        本接收機(jī)的本振由MAX2620和MB15E03L所組成的鎖相環(huán)頻率合成器來提供,。Maxim公司的MAX2620是一種使用非常方便的振蕩器芯片,，其內(nèi)部組成，如圖3(a)所示,。MAX2620提供一個緩沖放大輸出級,，能夠減少負(fù)載變化對振蕩器頻率的影響，供電電壓范圍為2．7～5．25 V,，內(nèi)部設(shè)有偏置電路以穩(wěn)定其工作點,，使工作受電源波動的影響減小，并具有電源關(guān)斷能力,，由SHDN端控制,。兩個互補(bǔ)的輸出(OUT與OUT)可以構(gòu)成兩個單端輸出或是一個差分輸出,，MAX2620采用雙極技術(shù)，輸出為集電極開路,，因此輸出需要上拉電阻,。針對不同的負(fù)載兩相輸出功率分別可達(dá)-2 dBm和-10 dBm，在本設(shè)計中OUT輸出已調(diào)頻信號,，OUT輸出作為PLL反饋頻率供鑒相使用,。

        壓控振蕩器的設(shè)計采用傳統(tǒng)的Colpitts共射串聯(lián)諧振結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以工作在很寬的頻率范圍內(nèi)以滿足系統(tǒng)寬帶要求,。MAX2620采用雙極設(shè)計結(jié)構(gòu),，其交流小信號等效電路，如圖3(b)所示,，其中電容C1,，C2，寄生電容Cp1,、Cp2及跨導(dǎo)gm決定了振蕩器的輸入阻抗為

        Colpitts振蕩器就是利用“負(fù)阻”原理實現(xiàn)振蕩的,。得到有源電路的輸入阻抗及單端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)S11之后,，構(gòu)建與有源部分相對應(yīng)的LC諧振槽路,。VCO整體結(jié)構(gòu)，如圖4中MAX2620部分所示,。搭建VCO后,，測量得到VCO振蕩頻率范圍為：420～470

        Colpitts振蕩器就是利用“負(fù)阻”原理實現(xiàn)振蕩的。得到有源電路的輸入阻抗及單端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)S11之后,，構(gòu)建與有源部分相對應(yīng)的LC諧振槽路,。VCO整體結(jié)構(gòu)，如圖4中MAX2620部分所示,。搭建VCO后,，測量得到VCO振蕩頻率范圍為：420～470 MHz@0～4 V，調(diào)制靈敏度為12．5 MHz／V,，并且線性度良好,。MAX2620內(nèi)部集成了VCO緩沖放大輸出級，能夠減少負(fù)載變化對振蕩器振蕩頻率的影響,。輸出以提升電感和串聯(lián)電容匹配至50Ω負(fù)載,，OUT端只需50Ω提升電阻并耦合反饋至頻率合成器即可。

        完成VCO后根據(jù)所選路的PLL頻率合成芯片設(shè)計環(huán)路濾波器,。PLL頻率合成芯片MB15E03SL是Fujitsu公司生產(chǎn)的串行輸入吞脈沖PLL頻率合成器,，最高支持1．2 GHz的工作頻率，內(nèi)部集成了低噪聲數(shù)字鑒相器,，可設(shè)置雙模比例因子M／M+1,，14 bit可編程參考分頻比R及18 bit的可編程N(yùn)分頻器,，芯片提供非常簡單的三線SPI串行輸入設(shè)定上述各項參數(shù)得到所需頻率，輸出頻率計算式為

         MB15E03SL其他參數(shù)詳見數(shù)據(jù)手冊,，鎖相環(huán)頻率合成器設(shè)計原理圖,，如圖4所示。

        根據(jù)系統(tǒng)要求：信道間隔12．5 kHz,，容差±2 ppm,，鎖定時間<4 ms，根據(jù)文獻(xiàn)[2]計算得環(huán)路帶寬必須滿足Fc≥1．6 kHz,。由于增大環(huán)路帶寬可以減小鎖定時間,，而環(huán)路太寬則會嚴(yán)重影響相位噪聲，并且一般要求Fc不超過比較頻率FPD的1／5,，選擇Fc=2．5．kHz,。在VCO調(diào)制靈敏度等于20 MHz／V，電荷泵增益選擇為Kφ=±1．5 mA,，比較頻率fPD=1 2．5 kHz,，輸出頻率范圍為420～470 MHz，環(huán)路濾波帶寬Fc=2．5 kHz,，相位裕量φ=48°,，環(huán)路濾波極點比T3／T1=45％，參考輸入頻率13 MHz的條件下計算環(huán)路濾波器的各項參數(shù),。得到環(huán)路濾波器參數(shù)為：R_LF1=3．3 kΩ,，R_LF2=5．6 kΩ，C_LF1=4．7 nF,，C_LF2=47 nF,，C_LF3=2．2 nF 。理論計算結(jié)果表明,，在此環(huán)路條件下鎖相環(huán)鎖定時間Lock-time=1．3 ms,，相位噪聲能達(dá)到PN=-94．07 dBe／Hz@10 kHz，環(huán)路帶寬Fc=2．56 kHz,，相位裕量為39．52°,，已經(jīng)能夠達(dá)到系統(tǒng)需求，根據(jù)此環(huán)路濾波條件建立調(diào)頻鎖相環(huán)原理圖,，如圖4所示,。圖5為鎖相環(huán)430 MHz時的雜波測試圖。

(3)下變頻混頻器電路設(shè)計,。

        Maxim公司的MAX2680是一低功耗,、低噪聲系數(shù)，專門適用于低電壓操作的下變頻混頻器,。它的適用頻率為400～2 500 GHz,，供電電壓為2．7～5．5 V,，具有較高的三階輸入截止點(IIP3在2 450 MHz)和<0．1μA的低功率關(guān)閉模式，是手持通信設(shè)備的理想器件,，因此本設(shè)計采用此芯片,。電路設(shè)計，如圖5所示,。

        本接收機(jī)采用兩次下變頻進(jìn)行鑒頻,，MAX2680為第一次下變頻，產(chǎn)生一個45．05 MHz的中頻信號,。／SHDN為開關(guān)控制使能端,，當(dāng)為低電平時芯片不工作，當(dāng)為高電平時芯片正常工作,。接收的RF信號范圍為400～450MHz,，滿足MAX2680的適用范圍，本振信號L0由鎖相環(huán)混頻器產(chǎn)生,。理論上,，當(dāng)RF為400 MHz，L0為445 MHz時,，混頻的增益為11 dB,；而實際測量：當(dāng)RF為405 MHz，功率為－48 dBm,，L0為450．05 MHz,，功率為－16 dBm時,，輸出IF為45．05 MHz,，功率為-54 dBm。滿足后續(xù)模塊(鑒頻芯片TA31136對輸入信號的要求)對功率信號的要求,。

(4)鑒頻器的電路設(shè)計,。

        TA31136是一個低電壓操作的FM中頻檢測芯片，它主要適用于無線電話機(jī)中,。TA31136的工作電壓為1．8～5．5 V,，它內(nèi)部包含了一個輸入中頻信號為10～100 MHz的2ndIF混頻器，一個噪聲檢測電路,、一個高增益的限幅中頻放大器和一個陶瓷,，中周均可適用的積分鑒頻器，另外該芯片還具有RSSI功能,。由于該接收機(jī)采用兩次下變頻鑒頻,，第二次下變頻和鑒頻均可在TA31136中實現(xiàn)，因此本設(shè)計采用該鑒頻芯片,，鑒頻器電路設(shè)計,，如圖7所示,。

        第一次下變頻由MAX2680產(chǎn)生的45．05 MHz的IF信號經(jīng)過晶體濾波器濾除鄰近的雜波信號，通過IF放大器放大后,，從TA31136的Pin16進(jìn)入,，與由晶振產(chǎn)生的44．595 MHz信號進(jìn)行混頻產(chǎn)生455 kHz的第二中頻信號。455 kHz的中頻信號從Pin3輸出經(jīng)由陶瓷濾波器XF3濾波,，再從Pin5進(jìn)入IC,，經(jīng)IC內(nèi)部的IF放大器放大后輸入到積分鑒頻器中進(jìn)行解調(diào)，最后經(jīng)過一個LPF輸出語音信號,。TA31136輸出的音頻信號一部分通過一個分壓電路進(jìn)入IC的Pin7和Pin8,，通過IC內(nèi)部的濾波器和放大器對其噪聲分量進(jìn)行放大、整流產(chǎn)生一個和噪聲分量相對應(yīng)的直流電壓信號,，直流電壓信號與來自MCU內(nèi)部設(shè)定好的電壓值比較大小,，MCU根據(jù)比較結(jié)果輸出高低電壓信號來控制TA31136的Pin14來實現(xiàn)接收信號時靜噪的打開和關(guān)閉。

        圖9為接收機(jī)鑒頻出的基帶信號,，可以看到解調(diào)出的信號失真很小,。該接收機(jī)通過測試，鑒頻出的信號與原信號誤差<1％,，符合無線通信要求,。改變輸入調(diào)頻信號的功率，測得當(dāng)為-80 dBm時,，能有鑒頻信號輸出,，當(dāng)再<-80 dBm時，不能鑒頻,，即為接收機(jī)的接收靈敏度,。

2  結(jié)束語

        實際的DMR接收機(jī)制作在一塊20 cm×10 cm的4層印制板上，表面敷銅到地,，供電電壓為5 V,。由3SK318、MAX2680,、MAX2620,、MB15E03SL和TA31136構(gòu)建的調(diào)頻接收機(jī)具有受外界分布參數(shù)影響小、調(diào)試方便,、成本低廉等特點,，目前已成功應(yīng)用在開發(fā)的DMR數(shù)字終端設(shè)備樣機(jī)中。