用基于MAX4454的I/Q發(fā)生器測(cè)試RF正交調(diào)制器

引言

評(píng)估正交調(diào)制器時(shí)，為準(zhǔn)確驗(yàn)證調(diào)制器需要在基帶輸入端施加兩路正交的正弦信號(hào)。利用正交調(diào)諧信號(hào)、并對(duì)RF輸出頻譜進(jìn)行測(cè)試，可以得到以下參數(shù)：載波抑制、旁帶抑制、增益控制范圍以及整個(gè)頻帶內(nèi)的增益平坦度。另外，不需要復(fù)數(shù)調(diào)制實(shí)驗(yàn)室發(fā)生器也可以有效調(diào)試完整的發(fā)射系統(tǒng)。一旦系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試、并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證可以運(yùn)行，可使用高端設(shè)備和試驗(yàn)作進(jìn)一步評(píng)估。

采用同相和正交(I/Q)輸入的測(cè)試系統(tǒng)需要兩路相位差為90°的調(diào)諧波，或“正弦-余弦”信號(hào)。適當(dāng)連接兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生器(通過(guò)外部參考等)是獲得成功的關(guān)鍵，具體操作時(shí)可能很困難，在某種情況下甚至難以實(shí)現(xiàn)。

圖1所示是產(chǎn)生一對(duì)正弦-余弦波的實(shí)用方法。這種方法采用阻容(RC)電橋，并用一路正弦波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。得到的兩路信號(hào)(正弦和余弦)分別加載到兩個(gè)單位增益運(yùn)算放大器(單個(gè)MAX4454)進(jìn)行緩沖，通過(guò)50Ω端口接入。原始的正弦信號(hào)可以用一個(gè)廉價(jià)的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，用普通元件從草圖入手到實(shí)現(xiàn)完整的解決方案只需要一個(gè)下午。在這種應(yīng)用中，MAX4454具有卓越的特性：200MHz GBW (增益帶寬積)、低噪聲、超低IMD (交調(diào)失真)，而且是單位增益穩(wěn)定。

圖1.

實(shí)現(xiàn)：選擇電橋元件

RC低通部分在-3dB截止頻率處提供-45°滯后相位，而RC高通部分提供+45°超前相位。于是，選擇相同的電阻和電容，電橋?qū)⑻峁﹥陕废辔徊钋『?0°的輸出，每一路都比輸入正弦低3dB。當(dāng)然，這種電路受頻率變化的影響，而且電橋元件必須盡可能保持一致，否則輸出調(diào)諧波將不匹配。同樣，需要選擇合適的電阻電容值，使待測(cè)無(wú)線裝置獲得適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)角頻率。用以下公式設(shè)計(jì)該電橋：

Fcorner = 1/2πRC

首先，為無(wú)線裝置確定最佳的基帶輸入頻率(通常是發(fā)射I/Q帶寬的中心頻率)。然后，選擇大于100pF的電容，使電路板的寄生參數(shù)不會(huì)主導(dǎo)電橋平衡。一旦確定這些變量，接下來(lái)只需求解電阻值即可。值得注意的是，MAX4454作為視頻運(yùn)放有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力(例如，向50Ω負(fù)載輸出幾VP-P的100MHz信號(hào))，因此為減小放大器失真，電阻R最好(建議)大于~100Ω。

表1給出了兩個(gè)電橋的范例，這兩個(gè)范例已被實(shí)際制作，并被成功地用來(lái)測(cè)試發(fā)射裝置。

表1. 電橋元件

當(dāng)制作實(shí)際電路時(shí)，要牢記最重要的一點(diǎn)：

電橋必須平衡。不僅每個(gè)電阻要經(jīng)過(guò)測(cè)量，每個(gè)電容必須從“已知容值”的一批電容中挑選出來(lái)，而且所有信號(hào)路徑(或?qū)Ь€)必須盡可能采用相等的長(zhǎng)度。如果這個(gè)問(wèn)題被忽略，將會(huì)危及整個(gè)電路。下面的照片(圖2)是408kHz轉(zhuǎn)角頻率的電路組件。請(qǐng)注意照片上等距布置的SMA連接器，以及它們與電橋和運(yùn)放的相對(duì)位置。

圖2.

性能驗(yàn)證

表1中第一行的電路參數(shù)最初是為獲得408.09kHz正弦-余弦輸出選擇的。樣機(jī)按照圖3所示的方案安裝并測(cè)試。

圖3.

I/Q發(fā)生器的相位和幅值平衡可以用實(shí)驗(yàn)室發(fā)生器上變頻進(jìn)行測(cè)試，該實(shí)驗(yàn)室發(fā)生器內(nèi)部的正交調(diào)制器提供-65dBc邊帶(圖像)抑制，這項(xiàng)指標(biāo)對(duì)絕大多數(shù)系統(tǒng)而言都是非常優(yōu)秀的。因此，在輸出端觀察到的任何不平衡都是由待測(cè)I/Q發(fā)生器電路引起的。

當(dāng)用頻譜分析儀觀察所得到的RF信號(hào)時(shí)，調(diào)節(jié)輸入信號(hào)頻率直到載波和邊帶抑制達(dá)到最佳，電橋的轉(zhuǎn)角頻率就是這樣確定的。408.65kHz下最大的邊帶抑制為-46dBc。另一點(diǎn)要注意的是，由于我們?cè)贗和Q輸出端加了隔直電容，測(cè)試電路不會(huì)給調(diào)制器帶來(lái)DC偏置，因此不會(huì)降低載波抑制比。

審核編輯：郭婷