一种单芯片无线收发系统设计

　　0 引言

　　单芯片无线电通信系统是将发射机、接收器、放大器、电源管理组件以及其他一些基带逻辑电路综合成一个单一芯片的单晶片装置，单芯片无线电的实现是由于深亚微米CMOS技术的迅猛发展。由于它体积小，低功耗，可以很方便地嵌入到非常小的或者是便携式的电子产品中。又由于使用了CMOS技术，使其成本低，同时因所有电路组件都在一块芯片上，与用PCB板设计的电路相比，设计的最终产品有更高的可靠性。

　　在单芯片无线电通信中最重要的组成部分是发射和接收，被称为短收发。在发射方，由逻辑电路产生一个低频的基带信号，首先由一个混合器调制到适当的频率(上转换)，然后信号经功率放大器(PAS)增强后由天线辐射出去。

　　在接收方，天线接收到信号，通过低噪声放大器(LNAs)，最后被混频器调制，这次是降低信号的频率，称为下转换。将发射机和接收机双方结合在一个单芯片上，必须有一个允许天线发射和接收信号的开关，并且要落实隔离技术，以确保独立的电路不互相干扰。

　　1 收发器的结构

　　一个发射加上接收的收发器，发射机送电信号经天线进入大气层，如果想得到非常高的频率，比如大于1 GHz时，发射机将采用连续的上变频来达到正确的频率。但是，如果所需的频率很低，例如100 MHz以下，那么发射机往往用一个直接转换方法，或是单上变频。

　　直接转换，又被称为零中频调制。在设计中采用直接转换的优点在于这种方法能提供更好的噪声特性，使发射机不再需要大体积的滤波器，否则它将占去单芯片过大的体积。但如果基带和载波频率不同量级，混频器的设计就变得更加困难。所以，当芯片采用调幅/调频无线电通信时，应该采用直接转换方案;当它被用于GSM或WLAN的解决方案时，将用连续的上变频，以达到正确的频率，这也增加了系统的复杂性。

　　1.1 混频器

　　混频器是一个为调制信号频率的电路，在无线电应用中，混频器在基带频率和载波频率之间转换电信号，两路信号驱动混频器，输出的信号是两个输入信号相乘。当通过混频器时，输入和振荡器信号将成倍增加，并且能计算出来。混频器实际上是两个信号的乘法电路，线性代数的一个简单性质证明，任何信号都可以用傅里叶级数描述，任何信号都是不同频率的正弦曲线的总和。因此每个信号可以用正弦曲线表示，这是数学三角函数特性引起的频率的加和减。比如，输入V1和V2，并使它们通过一个混合器，V1的形式为V1=cosω1t，V2的形式为V2=c-osω2t，对傅里叶级数来说，ω1和ω2是信号的频率，t是时间变量。