宽带低EVM直接变频发射机
发布时间:2011-2-26 10:06
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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
宽带低EVM直接变频发射机 (CN0134) 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,大约需要衰减20 dB。
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。 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C1c,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。 宽带低EVM直接变频发射机 (CN0134) 图3. ADF4350 RF输出滤波器原理图
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。 宽带低EVM直接变频发射机 (CN0134) 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。 宽带低EVM直接变频发射机 (CN0134) 图5. EVM图 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。 宽带低EVM直接变频发射机 (CN0134) 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。
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。 宽带低EVM直接变频发射机 (CN0134) 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。 宽带低EVM直接变频发射机 (CN0134) 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 |
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