应用笔记 1106

频率规划及评估工具


摘要 : 本文描述了用于无线电频率规划的Excel电子数据表格并提供了软件的下载。它支持蜂窝和PCS手机设计。文中给出了IS-136 TDMA无线设计的实例。接收IF和发射IF的频率之差为45MHz,这就使蜂窝和PCS可以使用单一的RX IF和单一的TX IF。文中通过软件运行中的出现在屏幕上的图形解释它的应用。

更多信息: 在任何无线电(RF)收发信机的设计过程中,合理的频率规划都是最重要的步骤之一。所有频率规划的基础就是下面这个熟悉的混频器功能公式:
fsp = m × frf ± n × flo¹
fsp为杂散输出频率
frf为RF信号
flo为LO,即本地振荡器频率

原本简单的事情在现代多频段蜂窝电话中变得十分复杂。设计者必须找出解决下列问题的最佳方案:
  • 确定合适的中频(IF),消除带内杂散信号,尤其是那些会造成接收机自阻(self muting)的信号 - 性能问题。
  • 使用尽可能少的IF滤波器 - 成本问题。
  • 减轻半中频(偏移)问题 - TDMA系统的性能问题。
  • 确定主压控振荡器(VCO)的频率变化范围 - 设计可行性和成本问题。
有很多软件可以给设计者提供帮助,代价仅仅是需要花时间到Internet去下载它们。一些软件以列表的形式输出,读起来很繁琐。一些软件提供图形输出,这种高水平的设计结果表达方式给人留下深刻的印象,但是使用当中的一些细节难于理解。

Excel数据表的特点是提供了一种易于理解而且很有用的工具。它可以用于单频段和多频段收发信机的频率规划。最初此电子表格是为蜂窝和PCS电话设计的。于是,当输入蜂窝或PCS信道号时,表格会根据输入的接收机IF自动计算出发射机输出、接收机输入、主本地振荡器频率和发射机IF。而且可以将任何情况都考虑到。在预制默认数据表格的实例中,将估计出三个接收机IF值。本表格的另一个目标是规划IS-136 TDMA的无线频率。这就是在PCS频段选择45MHz作为RX和TX中频之差的原因。这种方案极大地降低了硬件成本,在蜂窝和PCS频段使用单一的RX IF和单一的TX IF。

下面是关于如何使用电子表格的一些注释:(见图1)

  1. 紫色单元格中输入1或2选择对LO高端注入还是低端注入。
  2. 黄色单元格中输入1、2或3从下面的单元格中选择RX IF频率。这些频率可以根据需要人为修改。
  3. 使用蓝色单元格输入要估计的频率信道。
  4. 如果在RX或TX频段内出现杂散响应,激励频率会自动以红色高亮显示。
  5. 如果输入了非法的信道号,将显示"Ch# Error"。
图1. 频率规划电子表格,根据在黄色、紫色和蓝色单元格中输入适当的数值得出结果。
图1. 频率规划电子表格,根据在黄色、紫色和蓝色单元格中输入适当的数值得出结果。

第二个表格是“VCO Plan”,它将根据估计出的频率规划结果得出所需的频率范围。图2所示为一个屏幕截图。请注意表格的内容是基于在蜂窝频段工作中对VCO输出经过二次分频得到的。

图2. 表中计算出了VCO的最大调谐范围。
图2. 表中计算出了VCO的最大调谐范围。

参考文献

  1. Bullock, Scott, Transceiver System Design for Digital Communications, Tucker, GA.: Noble Publishing, 1995, section 3.16.1, pp. 124-128.