通信系统设计使用差分信号的优势
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2020-11-07
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通信系统设计使用差分信号的优势通信系统设计使用差分信号的优势
通信系统设计的主要挑战之一是如何成功捕获高保真度信号。为了避免强干扰效应、信号失真和灵敏度降低，
蜂窝通信系统必须满足蜂窝标准的严格要求，比如具有高动态范围、高输入线性度和低噪声的码分多址(CDMA)
和宽带CDMA(W-CDMA)。 过去，一些实践性问题常导致完全差分信号链的性能优势被单端信号链所掩
盖，但随着集成射频电路技术和高性能差分射频构建模块的不断发展，如今差分架构已能应用于高性能接收机
设计中。本文将讨论差分信号链在3G和4G无线应用中的性能和优点。 接收机信号链 图1是传统超外差
接收机的拓扑结构，它很好地描述了差分信号链相对单端信号链的优势。不管采用什么拓扑，我们的目标
通信系统设计的主要挑战之一是如何成功捕获高保真度信号。为了避免强干扰效应、信号失真和灵敏度降低，蜂窝通信系
统必须满足蜂窝标准的严格要求，比如具有高动态范围、高输入线性度和低噪声的码分多址(CDMA)和宽带CDMA(W-
CDMA)。
过去，一些实践性问题常导致完全差分信号链的性能优势被单端信号链所掩盖，但随着集成射频电路技术和高性能差分射
频构建模块的不断发展，如今差分架构已能应用于高性能接收机设计中。本文将讨论差分信号链在3G和4G无线应用中的性能
和优点。
接收机信号链
图1是传统超外差接收机的拓扑结构，它很好地描述了差分信号链相对单端信号链的优势。不管采用什么拓扑，我们的目
标就是将所需信号成功发送到ADC端进行数字转化。信号路径由以下几个射频模块组成：天线、滤波器、低噪声放大器
(LNA)、混频器、ADC驱动放大器和ADC。
图1：接收机在不断发展，越来越多的接收机将使用差分元件。这个趋势开始于ADC，并将逐渐向信号链上游移动。先进
的集成射频电路技术和差分射频构建模块的扩充允许差分架构应用于高性能接收机设计。
LNA是天线之后的第一个模块，用于放大热噪声之上的信号。这级电路中的噪声非常重要，因为它将决定系统灵敏度，而
放大可以确保随后的混频器和放大器不会增加显著的噪声。沿信号路径往后是带通滤波器，用于抑制带外信号，减少由其它电
路级引起的失真和噪声。
跟随LNA之后，混频器频率转换感兴趣的信号，将高频射频信号下变频至频率更低、更易于管理的中频信号(IF)。ADC驱
动放大器和抗混滤波器(AAF)对将要数字化的信号进行预处理。驱动器提供增益，AAF抑制第一奈奎斯特区外的信号，包括将
会发送给ADC的噪声和带外杂散分量。在模拟信号路径末端，由ADC完成基带信息的数字转换。
理想情况下，只有感兴趣的信号(图1左边的蓝色图形)才会被传送到数字域。需要使用一个鲁棒系统来处理这个可能很小
的目标信号，同时抑制可能较大的干扰信号。鲁棒系统的设计，需要具有高灵敏度、输入线性、选择性和抗噪声性能。根据具
体的应用和架构，性能指标可能有所变化，但在大多数通信系统中，像失真、本底噪声和动态范围等都是通常要考虑的要素。
输入三阶截取点(IP3)和1dB压缩点(P1dB)必须高。其它需要考虑的因素还包括低成本、低功耗和小尺寸。
差分优势
图2比较了单端信号和差分信号之间的基本区别。这里使用了一个通用增益模块，但相同的概念可应用于信号链中的混频
器和其它器件。在比较单端和差分信号时，要将系统级性能*估标准牢记在心，以实现良好的总体接收机设计。
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