減少使用芯片的數(shù)量，寬帶應(yīng)用的理想選擇：MAX2721直接頻率變換上變頻器

本文描述了MAX2721在寬帶發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用。介紹了一個2.3GHz的WCDMA應(yīng)用電路。在2.4GHz進(jìn)行直接變頻是困難的，因為I/Q信號幅度和相位匹配必須非常理想，MAX2721一般具有±0.2dB和±1度的匹配誤差、31dB的載波抑制、35dB的邊帶抑制和32dB的增益控制范圍。驅(qū)動放大器在1dB壓縮點輸出+12.5dBm。從性能數(shù)據(jù)摘要中可以看出2300MHz WCDMA應(yīng)用的EVM為6.6%。

概述

為了提供高質(zhì)量的多媒體服務(wù)，無線通信領(lǐng)域正在經(jīng)歷對更高的數(shù)據(jù)速率和信道容量的需求。這些系統(tǒng)通常需要頻譜擴(kuò)展技術(shù)，比如符合IEEE? 802.11b的2.4GHz頻段無線LAN應(yīng)用中直接序列擴(kuò)頻(DSSS)系統(tǒng)的更高速率擴(kuò)展。第三代系統(tǒng)，如3GPP和無線本地環(huán)路(WLL)也使用了WCDMA (寬帶碼分多址)調(diào)制方案，信道間距分別為5MHz和10MHz。

MAX2721直接上變頻器正交調(diào)制器IC是專門為簡化2.4GHz頻段寬帶發(fā)射機(jī)設(shè)計的。由于不需要使用IF振蕩器和合成器，它比基于IF的發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)有更低的系統(tǒng)成本。在本應(yīng)用筆記中，給出了用于2.3GHz WLL的完整的直接上變頻WCDMA發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)性能，展示了一個可代替基于IF的發(fā)射機(jī)的新的、簡單的、優(yōu)雅的方案。發(fā)射機(jī)的構(gòu)造框圖見圖1。

圖1. MAX2721直接變頻發(fā)射機(jī)框圖

寬帶發(fā)射機(jī)的要求和問題

MAX2721 I/Q輸入端口具有20MHz的-1dB帶寬和1kΩ的阻抗。試驗得到的-1dB輸入帶寬在300Ω為44MHz，在50Ω時為250MHz。因此，MAX2721應(yīng)用在任何需要寬基帶帶寬的新無線標(biāo)準(zhǔn)中都是足夠的。

在2.4GHz頻段直接變頻調(diào)制給RF IC設(shè)計者提出了很多挑戰(zhàn)，尤其是LO信號要求的I/Q幅度、相位平衡和正交精度。一般地，正交調(diào)制器都工作在低于300MHz的IF頻率上。在更高的工作頻率上幅度和相位匹配會變得更困難。邊帶抑制和載波抑制不充分可能是由在2.4GHz的不完全正交LO信號或者幅度失衡與DC偏移造成的。誤差矢量幅度(EVM)能夠很好地描繪矢量幅度和相位精確度。假設(shè)從DSP來的調(diào)制I/Q信號擁有最小的幅度/相位誤差和DC偏移量，MAX2721一般有±0.2dB和±1.0度的增益與相位失衡，能夠?qū)崿F(xiàn)的載波抑制為31dB，邊帶抑制為35dB。

另一個主要問題是發(fā)射合成器上功率放大器(PA)的強(qiáng)信號對VCO注入的牽引。PA輸出的以VCO調(diào)諧頻率為中心頻率的高功率調(diào)制波形通過傳導(dǎo)或者輻射泄漏回VCO。為了在PA和VCO之間提供足夠的隔離，設(shè)計者必須花費很大的精力在PCB圖設(shè)計和屏蔽技術(shù)上面。MAX2721有一個片內(nèi)LO倍頻器以減小注入牽引效應(yīng)。為了進(jìn)一步提高傳導(dǎo)隔離，MAX2472 VCO使用了緩沖器。典型的MAX2472反向隔離在2.4GHz為26dB。

MAX2721典型的可變功率控制范圍是32dB。這對于IEEE 802.11b應(yīng)用來說是足夠的，而且在發(fā)射機(jī)電路中不再需要任何額外的可變增益放大器。在WLL應(yīng)用中用一個PIN二極管衰減器和可變增益PA實現(xiàn)更大的功率控制范圍，這樣可以提高功率放大器的效率。在圖1所示的PA電路中，PHEMT器件上可變的柵極電壓和漏極電壓能提供可變的增益同時減小低功率工作時的漏極電流。MAX2721還包括一個驅(qū)動放大器，其1dB壓縮點為+12.5dBm。根據(jù)調(diào)制波形的峰值-平均值比，這個驅(qū)動放大器可以給出足夠的線性功率，提供了與無線系統(tǒng)很多種功率放大器的連接接口。發(fā)射機(jī)性能摘要如表1所示。

表1. 性能摘要

ACPR和EVM的測量結(jié)果分別見圖2和圖3。LO PLL合成頻率為1150MHz。打開LO倍頻器，并將VGA調(diào)諧電壓設(shè)置為+2.5V。在4.9MHz帶寬測得的ACPR小于-38dBc。在雙工器天線端口得到的信道功率為+21.8dBm。EVM最小為5.9%，典型值為6.6% RMS，最大值為7.9% RMS。

圖2. 發(fā)射機(jī)天線端口的頻譜

圖3. 發(fā)射機(jī)天線端口信號的星座圖和EVM

結(jié)論

MAX2721是2.4GHz頻段寬帶發(fā)射機(jī)應(yīng)用的理想選擇。這款器件擁有無限的潛力，它有很寬的基帶帶寬，集成LO倍頻器、可變增益放大器和一個高線性度驅(qū)動放大器，作為基本組成模塊非常適合用在低成本發(fā)射機(jī)中。在2.3GHz的測試數(shù)據(jù)顯示了它在WCDMA環(huán)境中卓越的EVM和ACPR表現(xiàn)。

審核編輯：郭婷