在某些射頻產品的生產調試車間,空間某些頻段的射頻(RF)干擾信號可能對生產和調試造成影響。因此,有必要設計一種信號測試儀檢測空間RF信號的強度。本文所設計的信號測試儀具有以下基本功能：

測試頻率范圍1 MHz～30 MHz;

能夠靈活地在該頻段上步進掃描;

具有方便的人機交互界面,可以通過鍵盤輸入各種預設值,通過液晶顯示屏隨時查看系統的工作狀態等。

本設計采用超外差接收方式。空間信號通過天線接收后,首先經過濾波和前置放大,與本地振蕩信號混頻后得到中頻信號。再對中頻信號進行選頻、放大、檢波,得到直流電壓即信號的強度。經A／D轉換送入CPU處理。

在本設計中,混頻電路是設計的關鍵。它包括信號的前置處理、本振信號的產生、混頻和中頻濾波等。傳統的掃頻信號產生電路大多使用壓控振蕩器,通過改變變容二極管的電壓改變本振頻率,但是使用分立元件,振蕩頻率難以精確控制,特別是掃頻寬度難以達到設計要求。因此,本設計采用DDS(直接數字頻率合成)技術,使用ADI公司的AD9850與MCU配合,可得到精確控制的掃頻振蕩源。采用Philips公司的SA605構成本設計方案中的混頻電路。

2 AD9850和SA605簡介

2.1 DDS頻率合成器AD9850

AD9850用于產生頻率精確可控的本地振蕩源信號。AD9850采用先進的CMOS工藝,內含可編程DDS系統和高速比較器,能實現全數字編程控制的頻率合成。可編程DDS系統的核心是相位累加器,它由一個加法器和一個N位相位寄存器組成,N為32。每產生一個外部參考時鐘,相位寄存器以步長M遞加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數字幅度信息,每一個地址對應正弦波中0°-360°范圍的一個相位點。查詢表把輸入地址的相位信息映射為正弦波幅度信號,然后驅動DAC輸出模擬量。頻率控制字由下式計算：

由于AD9850采用125 MHz有源晶體振蕩器,當DAC輸出頻率達到40 MHz時．SFDR>50 dB。因此完全可滿足本地振蕩頻率范圍的要求。

2.2 FMIF通信器件SA605

SA605是一款高性能低功耗混頻器和FM IF器件。它內部集成有混頻器／振蕩器、限幅中頻放大器、積分檢波器、靜噪、對數。RSSI(接收信號強度指示)和電壓較準器。

其主要參數：低功率,工作電壓6 V時典型電流為5.7 mA;在45 MHz時混頻轉換功率增益可達13 dB;在45 MHz時混頻器噪聲特性為4.6 dB;中頻放大／限幅增益為102 dB;25 MHz的限幅器小信號帶寬;具有額外90 dB動態范圍的溫度補償接收信號強度指示器(RSSI);靜噪和未靜噪的2個音頻輸出;僅需極少的外圍器件,適用于晶體／陶瓷／LC各種濾波器;具有極高的靈敏度等。基于以上特性,SA605適用于設計高性能通信接收機、RF信號強度測量、頻譜分析儀等。

本解決方案中SA605用于將天線接收的RF信號與DDS產生的本地振蕩信號混頻。得到465 kHz的差頻信號,該信號經帶通濾波器篩選出中頻信號并放大。SA605混頻器包括三個部分：RF信號輸入、本地振蕩LO輸入和中頻輸出。混頻器對RF信號和LO信號進行和／差運算,獲得一個中頻輸出。頻率混合是通過一個吉爾伯特單元(GilbertCell)四項限乘法器實現的。吉爾伯特單元是一個微分放大器,可驅動一個平衡切換單元。SA605給本地振蕩器配備了一個NPN晶體管,為了達到本地振蕩頻率,只需要增加一些外部元件,例如電容、電感或電阻。振蕩器的晶體管基極和發射極(引腳4和3)可以用于配置為Colpitts、Butler或變抗器控制的LC形式。

3 實際設計方案

在空間信號測試儀的設計中,SA605與AD9850組成了空間RF信號接收器。

混頻部分主要電路連接圖如圖1所示。