CN0134: 宽带低EVM直接变频发射机

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优势和特点
  • 宽带直接变频发射机
  • 可在500MHz至4.4GHz之间工作
  • 出色的相位噪声减少了误差
此电路中所用产品
    应用: 
  • 通信
  • 雷达
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设备驱动
Software, such as C code and/or FPGA code, used to communicate with a component's digital interface.
FPGA HDL

电路功能与优势

本电路为宽带直接变频发射机模拟部分的完整实施方案(模拟基带输入、RF 输出)。通过使用锁相环(PLL)和宽带集成 电压控制振荡器(VCO),本电路支持 500 MHz 至 4.4 GHz 范 围内的 RF 频率。PLL 中的 LO 执行谐波滤波,确保提供出色 的正交精度。低噪声 LDO 确保电源管理方案对相位噪声和 EVM 没有不利影响。

。这种器件组合可以提供 500 MHz 至 4.4 GHz 频率范围内业界领先的直接变频发射机性能。

图1.直接变频发射机(原理示意图:未显示去耦和所有连接)

电路描述

图 1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL IC ADF4350, 宽带发射调制器ADL5375。ADF4350 向发射正交调制器ADL5375 提供本振(LO)信号,后者将模拟I/Q信号上变频为 RF信号。两个器件共同提供宽带基带I/Q至RF发射解决方案。

ADF4350 采用超低噪声 3.3 V 调节器供电,以实现最 佳LO相位噪声性能。ADL5375 则采用 5 V ADP3334 LDO供 电。ADP150 LDO的输出电压噪声仅为 9 μV均方根值, ,有助 于优化VCO相位噪声并降低VCO推挤(相当于电源抑制)的 影响。

图2.直接变频发射机评估板

需要对ADF4350 RF输出进行滤波,以衰减谐波水平,使 ADL5375 正交产生模块的误差最小。依据测量和仿真得知, 奇次谐波对正交误差的贡献大于偶次谐波;如果将奇次谐波 衰减至−30 dBc以下,则可以实现−40 dBc或更好的边带抑制 性能。ADF4350 数据手册给出了其二次谐波(2H)和三次谐波 (3H)水平,如表 1所示。为使三次谐波低于-30 dBc,大约需 置C1c,使电路板空间最小。 要衰减 20 dB。

谐波成分(二次) −19 dBc 基波VCO输出
谐波成分(三次) −13 dBc 基波VCO输出
谐波成分(二次) −20 dBc 分频VCO输出
谐波成分(三次) −10 dBc 分频VCO输出

表 1. ADF4350 RF 输出谐波水平(未经滤波)

本电路提供四种不同的滤波器选项,以适应四个不同的频段。 这些滤波器针对 100 Ω 差分输入(ADF4350 RF 输出及适当 的匹配)和 50 Ω 差分输出(ADL5375 LOIN 差分阻抗)而设 计,并采用切比雪夫响应,以获得最佳滤波器滚降,但通道 纹波会增多。

滤波器原理图如图 1所示。这种拓扑结构十分灵活,既可以 使用全差分滤波器,使器件数量最少,也可以对各路输出使 用一个单端滤波器,或者综合运用以上二者。我们发现,对 于较高频率(>2 GHz),两个单端滤波器的串联电感值是全差 分滤波器电感值的两倍,因而器件寄生效应的影响得以减小, 可提供最佳性能。对于较低频率(<2 GHz),全差分滤波器足 以满足需要。

图3. ADF4350 RF输出滤波器原理图

ADF4350 输出匹配包括ZBIAS 上拉电阻,电源节点的去耦电容 也起到一定的作用。为实现宽带匹配,建议使用阻性负载 (ZBIAS = 50 Ω) ),或者将一个阻性负载与ZBIAS. 建议使用阻性负载 (ZBIAS = 50 Ω),或者将一个阻性负载与Z BIAS的电抗性负载并 联。后者提供的输出功率稍高,具体取决于所选的电感。请 注意,可以将并联电阻作为差分元件(即 100 Ω)放置在位置使电路板空间最小。表 2中的c型滤波器即为这种情况。

寄生效应常常会导致截止频率低于设计值,所以滤波器的设 计截止频率应为目标频段中最高频率的约 1.2 至 1.5 倍,留出 一定的余量。PCB 寄生效应可以在 EM仿真工具中进行仿真, 以提高精度。

td class="nopad">c.250–2800
频率范围(MHz) ZBIAS L1 (nH) L2 (nH) C1a (pF) C1c (pF) C2a (pF) C2c (pF) C3a (pF) C3c (pF)
a.500–1300 27 nH|| 50 Ω 3.9 3.9 DNI 4.7 DNI 5.6 DNI 3.3
b.850–2450 19 nH || (100 Ω in Position C1c) 2.7 2.7 3.3 100 Ω 4.7 DNI 3.3 DNI
50 Ω 0 Ω 3.6 DNI DNI 2.2 DNI 1.5 DNI
c.2800–4400 3.9 nH 0 Ω 0 Ω DNI DNI DNI DNI DNI DNI

表 2. ADF4350 RF 输出滤波器元件值(DNI = 不插入)

从表 2可以看出,在 1250 MHz以下的较低频率时,需要一个 五阶滤波器。对于 1.25 GHz至 2.8 GHz的频率,三阶滤波器 便足够。对于 2.8 GHz以上的频率,由于此时谐波水平非常低, 足以满足边带抑制要求,因此无需滤波。

图4.滤波器b的边带抑制(850 MHz至2450 MHz)

对于使用滤波器b(850 MHz至 2450 MHz)的电路,其边带 抑制性能与频率的关系如图 4所示。此次扫频的测试条件如 下:基带I/Q幅度 = 1 V峰峰值差分正弦波,与 500 mV (ADL5375-05)直流偏置正交;基带I/Q频率(fBB) = 1 MHz。

误差矢量幅度(EVM)衡量数字发射机或接收机的性能质量, 反映幅度和相位误差所导致的实际星座点与理想位置的偏 差。EVM图如图 5所示。

表 3给出了有滤波器和无滤波器两种情况下的EVM测量结 果。本例中,基带I/Q信号是利用 3GPP测试模型 4,使用Rhode & Schwarz AMIQ(数字输出)和外部 16 位DAC板(AD9788)而产生。另外还使用了滤波器b。图 6 为EVM测试设置的框 图。

图5. EVM 图
图6. EVM 测量设置(原理示意图)

邻道泄漏比(ACLR)衡量相邻通道的功率与主通道功率的关 系,用 dBc 表示。

LO 相位噪声和调制器的线性度是 ACLR 的主要影响因素。 ACLR测试设置与 EVM 测试设置大致相同,只不过同轴滤波 器位于 AD9788 DAC 板的 I/Q 输出端,以便减少混叠产物。

频率(MHz) 复合 EVM,无 LO滤波 复合 EVM,有 LO 滤波,滤波器 C 调制器输出功率(dBm)
2140 3.50% 1.80% −7
1800 3.40% 1.50% −7
900 3.30% 0.90% −7

表 3. 单载波W-CDMA复合EVM结果:ADF4350 RF输出端有滤波器和无滤波器两种情况对比
(根据 3GPP规范测试模型 4 测量)

以差分方式驱动 ADL5375 LO 输入,除了可以改善边带抑制 和 EVM 之外,还具有性能优势。与单端 LO 驱动相比,调制 器 OIP2 性能可以提高 2 dB 至 5 dB。请注意,多数外部 VCO 仅提供单端输出,因此 ADF4350 采用差分输出优于使用外部 VCO。

图 7显示使用 850 MHz至 2450 MHz滤波器(滤波器b)的边 带抑制结果。

图7. 850 MHz至 2450 MHz滤波器b的边带抑制结果

常见变化

当单个滤波器无法完成所需的宽带操作时,可以使用 ADF4350 的辅助输出,在两种类型的滤波器之间切换。图 8显 示了这种情况:使用一个RF双刀四掷开关(DP4T)选择滤波器 1 或滤波器 2 的差分输出。

图8.利用ADF4350的主输出和辅助输出实现滤波器切换的应用图

此电路中所用产品:

产品 描述 可提供样片的产品型号
ADF4350 集成VCO的宽带频率合成器 ADF4350BCPZ
ADL5375 400 MHz 至6 GHz 宽带正交调制器 ADL5375-05ACPZ-R7 ADL5375-15ACPZ-R7
ADP150 超低噪声、150 mA CMOS线性调节器 ADP150ACBZ-2.75R7 ADP150ACBZ-3.0-R7 ADP150AUJZ-1.8-R7 ADP150ACBZ-1.8-R7 ADP150ACBZ-2.85R7 ADP150AUJZ-2.65-R7 ADP150AUJZ-2.8-R7 ADP150AUJZ-3.0-R7 ADP150ACBZ-2.5-R7 ADP150AUJZ-3.3-R7 ADP150ACBZ-2.8-R7 ADP150AUJZ-2.5-R7 ADP150ACBZ-3.3-R7 ADP150ACBZ-2.6-R7
ADP3334 高精度、低IQ、500 MA ANYCAP®可调低压差稳压器 ADP3334ACPZ-REEL7 ADP3334ARMZ-REEL7 ADP3334ARZ
沪ICP备09046653号
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