為無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)直接RF發(fā)射器

本應(yīng)用筆記總結(jié)了零中頻、復(fù)中頻、高（實(shí)）中頻和直接射頻的RF發(fā)送器架構(gòu)，然后詳細(xì)介紹了直接RF發(fā)射器在無(wú)線應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)隨著智能手機(jī)和平板電腦使用量的增加而增加。如應(yīng)用筆記所示，采用高性能DAC的直接RF架構(gòu)具有優(yōu)勢(shì)，可在合成超寬帶信號(hào)時(shí)減少元件數(shù)量并降低功耗。

介紹

多年來(lái)，無(wú)線電發(fā)射器已經(jīng)從真正的IF（中頻）發(fā)射器發(fā)展到復(fù)雜的IF發(fā)射器，再到零IF發(fā)射器。但是，這些常用體系結(jié)構(gòu)仍然存在相關(guān)限制。一種較新的方法，即直接射頻無(wú)線電發(fā)射器，可以克服傳統(tǒng)發(fā)射器的局限性。本文比較了用于無(wú)線通信的各種無(wú)線電發(fā)射器架構(gòu)。由高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）支持的直接RF無(wú)線電發(fā)射器將顯示出與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。直接到RF無(wú)線電發(fā)射器也有其自身的挑戰(zhàn)，但它為真正的軟件定義無(wú)線電發(fā)射器鋪平了道路。

RF DAC，如14位2.3Gsps MAX5879，是直接至RF架構(gòu)的基本元件。該DAC在寬至1GHz的帶寬下實(shí)現(xiàn)了出色的雜散和噪聲性能。它具有在第二和第三奈奎斯特區(qū)進(jìn)行發(fā)射的新方法，因此可以在高達(dá)3GHz的輸出頻率下執(zhí)行RF合成。測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證了DAC的性能。

傳統(tǒng)射頻發(fā)射器架構(gòu)

在過(guò)去的幾十年里，傳統(tǒng)的發(fā)射器架構(gòu)是基于超外差原理實(shí)現(xiàn)的，其中使用本振（LO）和混頻器產(chǎn)生中頻（IF）?；祛l器通常在LO周圍創(chuàng)建兩個(gè)鏡像，稱為邊帶。然后通過(guò)濾除其中一個(gè)邊帶來(lái)獲得所需的信號(hào)。現(xiàn)代無(wú)線電發(fā)射器，特別是無(wú)線基站（BTS）中使用的無(wú)線電發(fā)射器，通常在基帶上使用復(fù)雜的同相（I）和正交相位（Q）符號(hào)來(lái)獲取數(shù)字調(diào)制信號(hào)。

圖1.無(wú)線電發(fā)射機(jī)架構(gòu)。

復(fù)雜中頻發(fā)射器

因此，復(fù)基帶數(shù)字信號(hào)在基帶有兩條路徑，I和Q。以這種方式使用兩條信號(hào)路徑有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)使用模擬正交調(diào)制器（MOD）組合兩個(gè)復(fù)數(shù)中頻信號(hào)時(shí)，其中一個(gè)中頻邊帶被消除。然而，由于I和Q路徑的不對(duì)稱性，調(diào)制器鏡像的理想消除永遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。這種復(fù)雜的IF架構(gòu)如圖1（B）所示。在這里，復(fù)數(shù)基帶I和Q信號(hào)值（通過(guò)因子R），并使用數(shù)字復(fù)數(shù)調(diào)制器和充當(dāng)LO的數(shù)控振蕩器（NCO）調(diào)制為復(fù)數(shù)IF載波。然后，雙通道DAC將數(shù)字I和Q IF載波轉(zhuǎn)換為模擬載波，并將其饋送到調(diào)制器。為了進(jìn)一步增加不需要邊帶的衰減，使用了帶通濾波器（BPF）。

零中頻發(fā)射器

在圖1（A）所示的零中頻（ZIF）發(fā)射器中，基帶上的數(shù)字復(fù)數(shù)信號(hào)只需插值以降低濾波要求，然后饋送到DAC。DAC的復(fù)數(shù)模擬輸出仍位于基帶（DC）處，被饋送到模擬正交調(diào)制器。使用復(fù)雜信號(hào)的“魔力”在ZIF架構(gòu)中顯而易見(jiàn)，因?yàn)檎麄€(gè)調(diào)制信號(hào)以精確的LO頻率轉(zhuǎn)換為RF載波。然而，LO饋通以及I和Q路徑中的不對(duì)稱等缺陷會(huì)導(dǎo)致LO雜散和落在發(fā)射信號(hào)內(nèi)的反向信號(hào)鏡像。這反過(guò)來(lái)又會(huì)降低信號(hào)的誤碼率。在多載波發(fā)射器中，圖像可能與載波相鄰，然后產(chǎn)生帶內(nèi)雜散發(fā)射。在無(wú)線電發(fā)射器中經(jīng)常實(shí)施復(fù)雜的數(shù)字預(yù)失真方案，以抵消這些各種缺陷。

直接射頻發(fā)射器

在圖1（D）所示的直接RF發(fā)射器中，正交解調(diào)器在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)，LO由NCO取代。這導(dǎo)致I和Q路徑具有近乎完美的對(duì)稱性，幾乎沒(méi)有LO饋通。因此，數(shù)字調(diào)制器的輸出是一個(gè)數(shù)字RF載波，饋送到一個(gè)非常高速的DAC。由于DAC的輸出是離散時(shí)間，因此也會(huì)創(chuàng)建與DAC時(shí)鐘頻率（CLK）等距的混疊鏡像。DAC輸出由BPF濾波以選擇RF載波，然后饋送到可變?cè)鲆娣糯笃?/u>（VGA）。