電路為寬帶直接變頻發(fā)射機(jī)模擬部分的完整實(shí)施方案(模擬基帶輸入、RF輸出)。通過使用鎖相環(huán)(PLL)和寬帶集成電壓控制振蕩器(VCO),本電路支持500MHz至4.4GHz范圍內(nèi)的RF頻率。PLL中的本振(LO)執(zhí)行諧波濾波,確保提供出色的正交精度、邊帶抑制和低誤差矢量幅度(EVM)。低噪聲、低壓差調(diào)節(jié)器(LDO)確保電源管理方案對相位噪聲和EVM沒有不利影響。這種器件組合可以提供500MHz至4.4GHz頻率范圍內(nèi)業(yè)界領(lǐng)先的直接變頻發(fā)射機(jī)性能。
圖1:直接變頻發(fā)射機(jī)(原理示意圖:未顯示所有連接和去耦)。
圖2:CN-0285直接變頻發(fā)射機(jī)評估板。
電路描述
圖1所示電路使用完全集成的小數(shù)N分頻PLL ICADF4351和寬帶發(fā)射調(diào)制器ADL5375.ADF4351向發(fā)射正交調(diào)制器ADL5375提供LO信號,后者將模擬I/Q信號上變頻為RF信號。兩個器件共同提供寬帶基帶I/Q至RF發(fā)射解決方案。ADF4351采用超低噪聲3.3VADP150調(diào)節(jié)器供電,以實(shí)現(xiàn)最佳LO相位噪聲性能。 ADL5375則采用5VADP3334LDO供電。ADP150 LDO的輸出電壓噪聲僅為9μVrms,有助于優(yōu)化VCO相位噪聲并減少VCO推壓的影響(等效于電源抑制)。
需要對ADF4351 RF輸出進(jìn)行濾波,以衰減諧波水平,使ADL5375正交產(chǎn)生模塊的誤差最小。依據(jù)測量和仿真得知,奇次諧波對正交誤差的貢獻(xiàn)大于偶次諧波;如果將奇次諧波衰減至?30dBc以下,則可以實(shí)現(xiàn)?40dBc或更好的邊帶抑制性能。ADF4351數(shù)據(jù)手冊給出了其二次諧波(2H)和三次諧波(3H)水平,如表 1所示。為使三次諧波低于-30dBc,大約需要衰減20dB.
表1:ADF4351 RF輸出諧波水平(未經(jīng)濾波)。
本電路提供四種不同的濾波器選項(xiàng),以適應(yīng)四個不同的頻段。這些濾波器設(shè)計采用100Ω差分輸入(ADF4351 RF輸出經(jīng)適當(dāng)匹配)以及50Ω差分輸出(ADL5375 LOIN差分阻抗)。并采用切比雪夫響應(yīng),以獲得最佳濾波器滾降,但通道紋波會增多。濾波器原理圖如圖3所示。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分靈活,既可以使用全差分濾波器,使器件數(shù)量最少,也可以對各路輸出使用一個單端濾波器,或者綜合運(yùn)用以上二者。我們發(fā)現(xiàn),對于較高頻率(》2GHz),兩個單端濾波器的串聯(lián)電感值是全差分濾波器電感值的兩倍,因而器件寄生效應(yīng)的影響得以減小,可提供最佳性能。對于較低頻率(《2GHz),全差分濾波器足以滿足需要。
圖3:ADF4351 RF輸出濾波器原理圖。
ADF4351輸出匹配包括ZBIAS上拉電阻,電源節(jié)點(diǎn)的去耦電容也起到一定的作用。為實(shí)現(xiàn)寬帶匹配,建議使用阻性負(fù)載(ZBIAS=50Ω),或者將一個阻性負(fù)載與ZBIAS的電抗性負(fù)載并聯(lián)。后者提供的輸出功率稍高,具體取決于所選的電感。
可以將并聯(lián)電阻作為差分元件(即100Ω)放置在C1c位置上,以最大程度減少電路板占位空間(見表2中的B型濾波器)。將濾波器設(shè)計成截止頻率約為目標(biāo)頻段中最高頻率的1.2至1.5倍。該截止頻率允許設(shè)計留有一定余量,因?yàn)橥ǔ=刂诡l率會由于寄生效應(yīng)而低于設(shè)計值。印刷電路板(PCB)寄生效應(yīng)可以在電磁(EM)仿真工具中進(jìn)行仿真,以提高精度。
表2:ADF4351 RF輸出濾波器元件值(DNI=不插入)。
從表2可以看出,在1250MHz以下的較低頻率時,需要一個五階濾波器。對于1.25GHz至2.8GHz的頻率,三階濾波器便足夠。對于2.8GHz以上的頻率,由于此時諧波水平非常低,足以滿足邊帶抑制要求,因此無需濾波。
圖4:B型濾波器的邊帶抑制(850MHz至2450MHz)。
圖5:EVM圖。
對于使用B型濾波器(800MHz至2,400MHz)的電路,其邊帶抑制性能與頻率的關(guān)系如圖4所示。此次掃描的測試條件如下:基帶I/Q幅度=1Vp-p差分正弦波與500mV(ADL5375-05)直流偏置正交。基帶I/Q頻率(fBB)=1MHz.EVM衡量數(shù)字發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的性能質(zhì)量,反映幅度和相位誤差所導(dǎo)致的實(shí)際星座點(diǎn)與理想位置的偏差(見圖5)。表3給出了有濾波器和無濾波器兩種情況下的EVM測量結(jié)果。本例中,基帶I/Q信號是利用3GPP測試模型4,使用Rhode & Schwarz AMIQ I/Q調(diào)制發(fā)生器,通過差分I和Q模擬輸出產(chǎn)生。
表3:單載波W-CDMA復(fù)合EVM結(jié)果:ADF4351 RF輸出端有濾波器和無濾波器兩種情況對比(根據(jù)3GPP規(guī)范測試模型4測量)。
另外還使用了B型濾波器。圖6為EVM測試設(shè)置的框圖。為了進(jìn)行比較,還測量了 ADF4350.ADF4351由于帶內(nèi)PLL噪聲性能改善產(chǎn)生較低的EVM可參見表3.其他改善EVM的因素有:ADF4351較低的鑒頻鑒相器(PFD)雜散水平。
圖6:EVM測量設(shè)置(原理示意圖)。
以差分方式驅(qū)動ADL5375 LO輸入,除了可以改善邊帶抑制和EVM之外,還具有性能優(yōu)勢。與單端LO驅(qū)動相比,這一優(yōu)勢提高了調(diào)制器輸出OIP2性能2dB至5dB.請注意,多數(shù)外部VCO僅提供單端輸出,因此ADF4351采用差分輸出優(yōu)于使用外部VCO.圖7顯示使用850MHz至2450MHz濾波器(B型濾波器)的邊帶抑制結(jié)果。
圖7:850MHz至2450MHz、B型濾波器的邊帶抑制結(jié)果。
常見變化
當(dāng)單個濾波器無法完成所需的寬帶操作時,可以使用ADF4351的輔助輸出,在兩種類型的濾波器之間切換(見圖8)。使用一個RF雙刀四擲開關(guān)(DP4T)選擇濾波器1或?yàn)V波器2的差分輸出。
圖8:利用ADF4351的主輸出和輔助輸出實(shí)現(xiàn)濾波器切換的應(yīng)用圖。
電路評估與測試
EVAL-CN0285-EB1Z評估板包含CN-0285中描述的電路,可以快速完成設(shè)置并評估電路性能。EVAL-CN0285-EB1Z板的控制軟件使用標(biāo)準(zhǔn)ADF4351編程軟件,該軟件包含在評估板附帶的光盤上。
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