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CN0134
宽带低EVM直接变频发射机
概览
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评估硬件
产品型号带"Z"表示符合RoHS标准。评估此电路需要下列选中的电路板
- CFTL-CN0134-EVALZ ($233.00) Circuit Evaluation board designed to evaluate CN0134.
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
参考资料
参考电路 (1)
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。
电路描述
图1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL ICADF4350和宽带发射调制器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 ADP150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。
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。
| Harmonic Content |
Measurement |
Output |
| 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 |
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。
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ZBIAS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。
| Filter Type | 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 |
| C | 50 Ω | 0 Ω | 3.6 | DNI | DNI | 2.2 | DNI | 1.5 | DNI | DNI |
| D | 2800–4400 | 3.9 nH | 0 Ω | 0 Ω | DNI | DNI | DNI | DNI | DNI | DNI |
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。
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。
| 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 |
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。
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2dB至5dB。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。
有关本电路笔记的完整设计支持包，请访问http://www.analog.com/CN0134-DesignSupport。
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。
电路评估与测试
CFTL-0134-EVALZ评估板包含CN-0134电路笔记中描述的电路，可以快速完成设置并评估电路性能。CFTL-0134-EVALZ板的控制软件使用标准ADF4350编程软件，该软件包含在评估板附带的光盘上。
设备要求
带USB端口的标准PC，运行Windows® XP、Windows Vista（32位）或Windows 7（32位）；CFTL-0134-EVALZ电路评估板和ADF4350编程软件；电源；I/Q信号源，例如Rhode & Schwarz AMIQ；以及频谱分析仪，例如Rhode & Schwartz FSQ8。有关更多信息，请参阅设计支持包(http://www.analog.com/CN0134-DesignSupport)中的评估指南(CN0134-EvalGuide-RevA.pdf)，以及ADF4350和ADL5375数据手册。
开始使用
有关软件安装和测试设置，请参阅CN0134-EvalGuide-RevA.pdf。此文档还包含原理框图、应用原理图、物料清单、布局布线和组装信息。有关更多信息，请参阅AD4350和ADL5375数据手册。
功能框图
请参阅CN-0134电路笔记中的图1和图6，以及CN0134-EvalGuide-RevA.pdf文档、设计支持包中的宽带TX调制解决方案用户文档。
设置与测试
关于软件安装和测试设置，请参阅电路笔记CN-0134和CN0134-EvalGuide-RevA.pdf（宽带TX调制器解决方案用户文档）。
讨论
样片申请及购买
样片
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产品 |
描述 |
可提供样片的
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| ADP3334 | 高精度、低IQ、500 MA ANYCAP®可调低压差稳压器 |
ADP3334ACPZ-REEL7 ADP3334ARMZ-REEL7 ADP3334ARZ |
| ADL5375 | 400 MHz 至6 GHz 宽带正交调制器 |
ADL5375-05ACPZ-R7 ADL5375-05SCPZEPR7 ADL5375-15ACPZ-R7 |
| ADF4350 | 集成VCO的宽带频率合成器 |
ADF4350BCPZ |
| ADP150 | 超低噪声、150 mA CMOS线性调节器 |
ADP150ACBZ-1.8-R7 ADP150ACBZ-2.5-R7 ADP150ACBZ-2.6-R7 ADP150ACBZ-2.75R7 ADP150ACBZ-2.8-R7 ADP150ACBZ-2.85R7 ADP150ACBZ-3.0-R7 ADP150ACBZ-3.3-R7 ADP150AUJZ-1.8-R7 ADP150AUJZ-2.0-R7 ADP150AUJZ-2.5-R7 ADP150AUJZ-2.65-R7 ADP150AUJZ-2.8-R7 ADP150AUJZ-3.0-R7 ADP150AUJZ-3.3-R7 ADP150WACBZ-3.0-R7 ADP150WACBZ-3.3-R7 |