Devices最近发布了革命性的AD6523零中频收发器和AD6524多频带合成器。AD6523包含直接转换接收器和直接VCO发射器(称为Virtual-IF 发射器)所需的主要功能。AD6524是一个分数n合成器，具有极快的锁定时间，可以通过蜂窝电话实现高级数据服务，如高速电路交换数据(HSCSD)和通用分组数据服务(GPRS)。

这两个集成电路共同提供了实现GSM蜂窝电话双频段或三频段通信所需的主要功能。直接转换技术，结合在平移回路(或直接VCO)调制器上的新扭曲，将r o中所需的外部滤波量减少到绝对最小。

GSM标准

经过欧洲电信标准协会(ETSI)五年多的标准编写，全球移动通信系统(GSM)于1992年正式推出。GSM的目标是在一个数字蜂窝标准下统一欧洲通信的巴别塔。在GSM之前，欧洲实际上为每个国家维持一个独立的蜂窝网络，这使得在欧洲大陆上进行国际漫游几乎是不可能的。有了GSM，最初的17个国家中的任何一个国家的公民都可以使用一部手机漫游到任何其他国家。该标准是为将来扩展到数据服务和其他应用程序而编写的，很快就在全球流行起来。它现在被140多个国家接受，有200多个网络在运行。

最初分配给GSM的频段是用于移动发射的890至915 MHz和用于移动接收的935至960 MHz。该频段被扩展到所谓的E-GSM频段，即880至915兆赫和925至960兆赫。再次进行频率分配，进一步扩大GSM容量。该频段分配给数字通信业务(DCS)，为1710至1785 MHz和1805至1880 MHz。除美国外，所有采用GSM的国家都使用这两对频段中的一个，美国的两个频段都已由FCC分配。20世纪90年代中期的个人通信服务(PCS)频率拍卖为美国的GSM提供了1850至1910 MHz和1930至1990 MHz的一组频段。

今天典型的GSM手机(或手持)将有2瓦的输出功率，并且需要接收低至-102 dBm(小于1/10皮瓦)的信号。该工具包括一个强大的数字信号处理器(DSP)核心(相当于ADSP-218x)，用于编码，加密，交错，分组，发送，接收，解分组，反交错，反加密和反编码进出语音波段a /D和D/ a转换器的数据。一个同样强大的微控制器(ARM或日立H8)与硬件突发处理器相结合，控制实现时分多址(TDMA)和跳频功能所需的时间，使电话保持在特定的时间和频率频道上。微控制器还实现了人机界面，并操作与基站通信所需的所有协议。

R o建筑设计

今天，大多数数字移动电话在其信号链中至少包含一个“下变频”。这种频率转换将期望的信号从标准分配的射频频段(例如900 MHz)转移到一些较低的中频(IF)，其中通道选择使用窄通道选择滤波器(通常是表面声波(SAW)或陶瓷类型)进行。然后，现在滤波的信号进一步下变频到第二个中频或直接到基带，在那里它被数字化并在数字信号处理器(DSP)中解调。

使用直接转换接收器的想法长期以来一直是射频设计的兴趣所在。原因很明显:在消费设备转换阶段增加了成本、体积和重量。每个转换阶段都需要一个本地振荡器(通常包括一个频率合成器，将LO锁定在给定的频率上)、一个混频器、一个滤波器和(可能的)一个放大器。因此，直接转换接收器具有吸引力也就不足为奇了。消除了所有中间级，降低了接收器的成本、体积和重量。

第一款Othello ro通过集成前端GSM低噪声放大器(LNA)，进一步减少了元件数量。这消除了射频滤波器(“图像”滤波器)，这是消除图像或混频器和片外LNA不需要的混合产物所必需的。这一阶段通常使用一个分立晶体管，加上偏置和匹配网络，总共约有12个元件。集成LNA总共节省了大约15到17个组件，具体取决于(现已消除的)滤波器所要求的匹配量。

超高差 直接转换接收机

奥赛罗 双频GSM网络架构的功能框图如图1所示。接收部分位于图的顶部。从天线连接器，所需的信号进入发送/接收开关并在适当的路径上退出，GSM频段为925-960 MHz, DCS频段为1805-1880 MHz。然后信号通过射频带滤波器(所谓的“屋顶滤波器”)，该滤波器用于通过整个期望的频带，同时衰减所有其他带外频率(阻碍器-包括传输频带中的频率)，以防止它们使前端的有源元件饱和。屋顶滤波器之后是低噪声放大器。这是系统中的第一个增益元件，有效地减少了所有后续阶段对系统噪声的贡献。在LNA之后，直接转换混频器通过将期望的信号与相同频率的本振(LO)输出相乘，将期望的信号从r / o频率(RF)一路转换到基带。

混频器级的输出然后在正交(I和Q通道)发送到可变增益基带放大器级。VGA还提供了一些相邻通道的滤波和带内阻塞器的衰减。这些阻塞信号是距离所需信道有一定距离的其他GSM信道，例如3mhz或更高。基带放大器对这些信号进行滤波，使它们不会使接收adc饱和。在放大级之后，期望的信号被接收adc数字化。

Virtual-IF 发射机

传输部分从右边开始，在多路I和Q输入/输出处。由于GSM系统是时分双工(TDD)系统，因此发射器和接收器永远不会同时开启。Othello r o架构利用了这一点，在收发器IC封装上节省了4个引脚。正交发射信号通过多路I/ o进入发射机。然后将这些I和Q信号调制到大于100 MHz的中频载波上。

调制器的输出输出到相频检测器(PFD)，在那里它与外部通道选择LO产生的参考频率进行比较。PFD的输出是一个电荷泵，工作频率在100 MHz以上，其输出由一个相当宽的(1 MHz)环路滤波器滤波。环路滤波器的输出驱动压控振荡器(VCO)的调谐端口，其频率范围涵盖GSM和DCS发射频段。

发送VCO的输出被发送到两个地方。主要路径是到发射功率放大器(PA)，它将发射信号从大约+ 3dbm放大到+ 35dbm，发送到发射/接收开关和低通滤波器(衰减功率放大器的谐波)。功率放大器是双频的，带开关用一个简单的CMOS控制电压。VCO输出也通过耦合器进入发送反馈混频器，耦合器可以是带有分立电感和电容的印刷电路，也可以是单片(通常是陶瓷)耦合装置。反馈混频器将发射信号下变频为发射中频，并将其用作发射调制器的本振信号。

这种类型的调制器有几个名字，但最具描述性的可能是“转换循环”。平移环路调制器利用了GSM标准的一个关键方面:调制方案是高斯滤波最小移位键控(GMSK)。这种类型的调制不影响包络幅值，这意味着功率放大器可以饱和，但仍然不会扭曲通过它发送的GMSK信号。

GMSK可以通过几种不同的方式生成。在另一个欧洲标准(用于无绳电话)中，GMSK是通过直接用高斯滤波数据流调制自由运行的vco而创建的。在GSM中，选择的方法是正交调制。正交调制产生精确的相位GMSK，但调制器电路(或上转换级)的缺陷会产生包络波动，这反过来会在饱和功率放大器放大时降低相位轨迹。为了避免这种退化，GSM手机制造商被迫使用线性度更高的放大器，以降低效率和每次电池充电周期的通话时间为代价。

平移环调制器结合了直接调制VCO和固有的更精确的正交调制的优点。实际上，该方案创建了一个锁相环(PLL)，包括调制器、LO信号、VCO输出和反馈混频器。结果是直接调制的VCO输出具有完美的恒定包络和几乎完美的相位轨迹。在AD6523收发器IC中测量到的相位轨迹误差低至1.5度，使用信号发生器作为LO信号，为环路提供参考。

频率规划

奥赛罗 r o设计的一个重要方面是频率计划。GSM标准对带内带外杂散辐射有严格的要求。GSM手机在继续正常接收信号的同时，必须能够承受极高水平(0 dBm)的干扰。手机也不能向超过一定水平的其他频段发射杂散信号(在GSM接收频段，相对于发射信号-112 dB !)。

奥赛罗 r o架构在设计时考虑了整个系统。频率计划是精心设计的，以满足三个同等重要的标准:

1. 减少废气的虚假排放

2. 最小化双波段本地振荡器(LO) VCO的带宽

3. 尽可能多地消除潜在的障碍

通过满足所有这些标准，解决了主要问题，始终牢记最终用户和应用程序。最终的解决方案既优雅又实用。

减少来自地球的虚假排放

来自ro的杂散发射会在发送和接收模式中引起问题。一个任性的LO信号可以找到通往天线的路，并“自我阻塞”直接转换接收器，降低灵敏度。LO信号也可以从天线中释放出来，降低其他接收器的性能。

在Othello 频率方案中，本振的中心频率选择在1350mhz左右。这将LO战略性地置于GSM和DCS频段之间，使单个LO可用于GSM和DCS，从而节省了组件。由于该频率离任何一个频带都很远，因此ro的前端滤波器将衰减任何r相关的LO信号，因此它不会造成r相关杂散发射的问题。即使信号直接从IC上的引脚耦合到引脚，其功率水平也会低于GSM对天线接收的带内或带外阻塞器的要求。

在传输部分，杂散信号也会造成问题。虽然发射器是直接的VCO调制器，但反馈混频器将在其输出端引入杂散信号，必须在进入鉴相器之前进行滤波。否则，由于鉴相器输入级的非线性工作，它们可能会出现在输出端，或者由于与期望的调制信号混合而导致其他杂散信号的出现。这是任何平移环路调制器所固有的问题。通过使用广泛分离的LO频率，Othello 架构简化了这些产品的滤波。

最小化双频本地振荡器VCO的带宽

Othello 架构旨在最大限度地减少构建完整双频r o所需的外部组件数量。特别选择的频率计划使单个LO VCO能够覆盖GSM和DCS频段，同时在所有GSM LO VCO要求的3 mhz偏移量下仍然满足必要的严格相位噪声规范。通过将压控振荡器的带宽要求降到最低，可以将压控振荡器的最大电源电压设计为2.7 V。这使得整个双频r o在2.7 V下运行，降低了功耗，并允许使用镍镉(NiCd)，镍氢(NiMH)或锂离子(Li-ion)电池类型。

尽可能多地消除潜在的障碍

由于采用了直接转换的接收机结构，奥赛罗 ro具有更少的“故障”通道，可用于GSM要求的阻塞测试。超外差接收机必须始终应对半中频响应，由于所需的形状因素，半中频响应难以用RF滤波器滤波。通过直接转换，Othello 消除了半中频响应。

表演

Othello或o的主要优点之一是，实现它所需的组件数量的减少不会导致性能牺牲。在GSM和DCS频段，奥赛罗 系统噪声系数允许在所需的接收机灵敏度为-102 dBm的情况下产生约6 dB的生产余量。发射机提供了类似的生产余量，相位轨迹误差为2.5°rms，而要求为5°rms。

未来的好处

奥赛罗 r o的另一个重要特性是AD6524的分数n合成器具有足够短的锁定时间以实现GPRS操作。[GPRS是2000年将推出的GSM网络的扩展，它将允许兼容的GSM手机使用非常高的数据速率。]GPRS操作的一个要求是，LO合成器必须锁定在GSM时隙的一半以内(锁定时间小于250µs)。AD6524具有分数n合成器，能够比传统合成器更快地达到锁定，因为分数n类型在高于通道间隔的参考频率下工作，因此每个参考周期跳变多个通道。在AD6524的情况下，26 mhz的参考频率是系统晶体频率的两倍(与200 kHz的通道间隔相比)，确保Othello r o将满足GPRS所需的锁定时间。快速锁定时间也有助于降低功耗，允许基带部分保持r o关闭较长的时间间隔。

《奥赛罗》为未来打开了新的机会之门。如今，包括所有电源管理功能在内的完整双频Othello r o仅需要90个组件即可实现。由于元件如此之少，r o可以在不到10平方厘米的电路板空间内实现。图2是在四层PCB上实现的Othello原型设计的照片。相比之下，今天的超外差接收器使用大约225个组件挤在不到15平方厘米的电路板空间中来实现相同的功能。(即便如此，与两年前相比，这也是一个进步，两年前，使用相同数量的组件来实现单频段GSM。)直接转换的优势在许多方面直接转化为更低的成本:更少的组件意味着原始设备制造商(OEM)在物料清单(BOM)和插入组件上的花费更少(每次插入大约一分钱)。组装手机的时间减少了，提高了工厂的产量;此外，手机的可制造性也得到了提高(焊点减少，出错几率降低，等等)，从而提高了可靠性。

由于奥赛罗 操作系统非常紧凑，因此可以将GSM技术集成到许多被排除在外的产品中，例如非常紧凑的电话或PCMCIA卡。然而，当多功能的第三代手机被设计成能够处理多种标准时，直接转换的真正力量将会显现出来。对于直接转换，硬件通道选择滤波器将是不必要的，因为通道选择是在数字信号处理部分执行的，它可以被编程来处理多个标准。这与超外差架构形成对比;处理不同标准所需的多个r / o电路(因为每个标准都需要不同的通道选择滤波器)都必须挤在一个很小的空间里。通过直接转换，相同的r - o链在概念上可以用于几种不同的标准、带宽和调制类型。因此，从概念上讲，网络浏览和语音服务可以在GSM网络上使用手持设备中的相同带宽进行。

设备和GSM

对于未来，奥赛罗 ro只是Devices系列直接转换接收器解决方案中的第一款。更多的项目正在筹备中。但这项技术在GSM行业近十年的产品设计中有着良好的基础。芯片可以在全球使用的数百万部GSM手机中找到。以下是一路走来的一些里程碑:

1991年:发布AD7002:设置GSM行业标准I/Q接口
1992年:GSM推出
1993年:与技术合作伙伴关系(软件)
开始开发)
发布ADSP21msp59混合信号DSP和音频编解码器
1995年:发布AD7015(第一个完整的基带转换器IC)和AD607中频
接收机
首次对基于ttp的手机进行类型认证
1996年:发布AD20msp410基带芯片组
1997年:发布AD20msp415基带芯片组
AD6432中频IC发布
我们的第一个参考设计交付给客户
1998年:发布AD20msp425基带芯片组
1999年:《奥赛罗 直接转换》简介
真功率检测 均方根转直流功率检测器(AD8361)