CN0205 I/Q調(diào)制器ADL5375與雙通道、1.2 GSPS高速DAC AD9122實(shí)現(xiàn)接口

CN0205 本電路筆記所述的接口可以用在任何設(shè)置為20 mA滿量程電流的TxDAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ( AD9779A、AD9788、AD9125、 AD9148) 與需要0.5 V基帶直流偏置電平的 ADL5370、 ADL5371/ADL5372、 ADL5373、 ADL5374、 ADL5385、 ADL5386等系列I/Q調(diào)制器之間。 通過選擇適當(dāng)?shù)?a href='http://ttokpm.com/tags/adc/' target='_blank' class='arckwlink_none'>ADC端接電阻對(duì)偏置電平進(jìn)行一些調(diào)整，該接口也可以用于低電流調(diào)制器 AD8345/AD8349 。 下面詳細(xì)說明如何執(zhí)行共模測(cè)試（結(jié)果如圖10所示）。測(cè)試設(shè)置靈活，也可以執(zhí)行本電路筆記所示的其它測(cè)量。 設(shè)備要求（可以用同等設(shè)備代替） DPG：ADI公司數(shù)字碼發(fā)生器 時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器：Agilent E4437B LO信號(hào)發(fā)生器：Agilent 8665B 頻譜分析儀：Agilent E4440A 電源：Agilent E3631A 設(shè)置與測(cè)試 按照?qǐng)D16所示連接設(shè)置和測(cè)量系統(tǒng)。 將電源電壓設(shè)置為+5 V。 將FDAC的信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為368.64 MHz @ 5 dBm，將LO的信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為2140 MHz @ 0 dBm。 接通電源和信號(hào)發(fā)生器。將頻譜分析儀設(shè)置為2 × FDAC MHz、1 MHz范圍。 按照?qǐng)D17所示，通過USB接口和AD9122/AD9125 SPI控制軟件設(shè)置AD9122，然后運(yùn)行。參考AD9122評(píng)估板快速入門指南(www.analog.com-CN0205-DesignSupport)。 ? 插值（圖17中的“1”）： 1×br> ? 精調(diào)制（圖17中的“2”）：開 ? 數(shù)據(jù)速率（圖17中的“3”）：同F(xiàn)DAC頻率 ? NCO頻率（圖17中的“4”）：173.32 MHz 設(shè)置DPG（參考AD9122評(píng)估板快速入門指南） ? 確保DCO頻率（圖18中的“1”）接近FDAC頻率。 ? 將采樣速率（圖18中的“2”）設(shè)置為與FDAC頻率相同，并在所需頻率設(shè)置1 MHz范圍。 ? 按照?qǐng)D18所示設(shè)置“3”和“4”。 ? 點(diǎn)擊圖18中“1”處的按鈕，下載I和Q矢量。 測(cè)量2 × FDAC時(shí)的共模噪聲電平。 更改FDAC 測(cè)量2 × FDAC（新值）時(shí)的共模噪聲電平。 重復(fù)第8步和第9步。 ? 圖17. SPI控制軟件用戶界面：設(shè)置數(shù)據(jù)時(shí)鐘和NCO控制 ? 圖18. 使用DPG下載器軟件設(shè)置DPG ? 圖1和圖2所示的電路和評(píng)估板采用AD9122 TxDAC和ADL5375-05寬帶發(fā)射調(diào)制器。該接口電路中的信號(hào)偏置和調(diào)整分別由4個(gè)以地為基準(zhǔn)的電阻（RBIP、RBIN、RBQP、RBQN）和2個(gè)并聯(lián)電阻（RSLI、RSLQ）控制。 圖1. AD9122與ADL5375-05之間的接口，利用50 Ω接地電阻為ADL5375-05基帶輸入提供500 mV直流偏置電壓（原理示意圖） ? 圖2. 用于實(shí)現(xiàn)電路的AD9122-M5375-EBZ評(píng)估板 ? DAC的滿量程輸出電流(IFS)可以在10 mA到30 mA范圍內(nèi)編程，標(biāo)稱默認(rèn)值為20 mA。在該配置中，4個(gè)以地為基準(zhǔn)的50 Ω電阻(RB=RBIP = RBIN = RBQP = RBQN)上的DAC輸出擺幅均為0 mA至20 mA，這樣就實(shí)現(xiàn)了500 mV直流偏置電平，以及各輸出對(duì)上的2 V p-p差分滿量程電壓擺幅（空載）。該2 V p-p電壓擺幅可以通過RL (RL = RSLI = RSLQ) 并聯(lián)電阻進(jìn)行調(diào)整，而不會(huì)影響500 mV偏置電平。因此，I/Q調(diào)制器輸入的差分峰峰值擺幅由下式給出： 注意，計(jì)算此信號(hào)電平時(shí)，可以忽略ADL5375的相對(duì)較高的差分輸入阻抗（通常大于60 kΩ）。圖3所示為使用50 ?偏置設(shè)置電阻時(shí)，峰峰值電壓擺幅與RL之間的關(guān)系。 ADL5375-05與AD9122的動(dòng)態(tài)范圍和增益匹配良好。因此，器件之間無需任何有源增益。I/Q調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電平可以根據(jù)需要，通過調(diào)整RL的值進(jìn)行精調(diào)，如上所述。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，建議使用100 Ω的RL值，此時(shí)滿量程信號(hào)電平為1 V p-p（0 dBFS時(shí)的DAC輸出）。 圖3. 使用50 ?偏置設(shè)置電阻時(shí)，峰峰值差分?jǐn)[幅與限幅電阻(RL)之間的關(guān)系 ? 基帶濾波 AD9122與ADL5375之間必須插入一個(gè)濾波器，以便消除來自DAC的奈奎斯特鏡像、雜散和寬帶噪聲。應(yīng)將該濾波器放置在直流偏置設(shè)置電阻與交流限幅電阻之間，這樣，直流偏置設(shè)置電阻（圖4中的RB）和信號(hào)調(diào)整電阻（圖4中的RL）就能方便地設(shè)置濾波器設(shè)計(jì)的源電阻和負(fù)載電阻。 圖4所示為一個(gè)三階貝塞爾低通濾波器，?3 dB帶寬為10 MHz。該濾波器的輸入和輸出阻抗匹配，因此濾波器設(shè)計(jì)非常輕松，并且可獲得更好的通帶平坦度，支持寬帶寬濾波器設(shè)計(jì)。本例中，所選的并聯(lián)電阻為100 Ω，產(chǎn)生1 V p-p差分的交流擺幅。該濾波器的頻率響應(yīng)曲線如圖5所示。 圖4. DAC調(diào)制器與10 MHz三階貝塞爾濾波器接口 ? 圖5. DAC調(diào)制器與10 MHz三階貝塞爾濾波器接口的頻率響應(yīng) ? 復(fù)中頻(CIF)應(yīng)用的濾波 圖6所示為ADL5375基帶I和Q輸入的頻率響應(yīng)。該器件具有很寬且平坦的頻率響應(yīng)（?3 dB點(diǎn)為750 MHz），因此它非常適合DAC輸出信號(hào)已經(jīng)過數(shù)字上變頻的復(fù)中頻(CIF)應(yīng)用。在復(fù)中頻應(yīng)用中，仍然需要低通奈奎斯特濾波器，主要原因是它可以保持從DAC輸出到調(diào)制器輸入的直流偏置電平。 推薦使用圖7所示的濾波器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是一個(gè)五階巴特沃茲濾波器，轉(zhuǎn)折頻率為300 MHz。一個(gè)純差分濾波器可以抑制來自DAC的差模鏡像、雜散和噪聲。使用兩個(gè)公共連接接地的電容（圖7中的C2和C4）將一部分共模電流分流到地，可以獲得優(yōu)于純差分濾波器的高頻信號(hào)共模抑制性能。 此濾波器的仿真和實(shí)測(cè)響應(yīng)分別如圖8和圖9所示。實(shí)測(cè)平坦度為±0.6 dB（DC至250 MHz）和±0.4 dB（125 MHz至250 MHz），該數(shù)據(jù)是在AD9122反sinc功能啟用情況下獲得的。采用這種配置，在有和無圖7所示中頻濾波器這兩種情況下，對(duì)2 × FDAC共模雜散的共模抑制性能與共模頻率的關(guān)系如圖10所示。 圖6. ADL5375-05的基帶(BB)頻率響應(yīng) ? 圖7. 推薦的DAC調(diào)制器與300 MHz轉(zhuǎn)折頻率、五階巴特沃茲濾波器的接口拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ? 圖8. DAC調(diào)制器與300 MHz五階巴特沃茲濾波器接口的頻率響應(yīng)（仿真） ? 圖9. DAC調(diào)制器與300 MHz五階巴特沃茲濾波器接口的頻率響應(yīng)（實(shí)測(cè)） ? 圖10. 有和無濾波器兩種情況下，ADL5375-05 RF輸出端的實(shí)測(cè)共模抑制性能 ? 圖11. 用于計(jì)算調(diào)制器輸出功率的電子表格 ? 計(jì)算AD9122和ADL5375的輸出功率 除偏置設(shè)置和信號(hào)調(diào)整電阻外，ADL5375的輸出功率水平還與DAC的數(shù)字倒退水平(dBFS)、信號(hào)的峰均比、DAC的滿量程電流、奈奎斯特濾波器的插入損耗和I/Q調(diào)制器的電壓增益有關(guān)。圖11所示的電子表格可以用來計(jì)算輸出功率。 該電子表格可以從以下URL下載：www.analog.com/CN0205-PowerCalculator 轉(zhuǎn)換電平以驅(qū)動(dòng)ADL5375-15 ADL5375-15需要1500 mV的直流偏置電平。除偏置電平不同外，ADL5375-05與ADL5375-15在其它方面完全一致。若要從AD9122驅(qū)動(dòng)ADL5375-15，必須使用一個(gè)無源或有源電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。圖12所示的無源電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)使用4個(gè)串聯(lián)電阻和4個(gè)上拉電阻，以便在ADL5375-15輸入端實(shí)現(xiàn)1500 mV的偏置電平。該無源電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)電平發(fā)生大約2 dB的損耗。 有源電平轉(zhuǎn)換電路則要使用一個(gè)雙通道差分放大器，如ADA4938-2，將1500 mV電壓接VOCM引腳便可設(shè)置輸出直流偏置電平。然而，采用這種方法時(shí)，接口帶寬要受到運(yùn)算放大器的限制。 圖12. 用于從AD9122 TxDAC偏置ADL5375-15的無源電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) ? 如上所述，需要在AD9122與ADL5375-15之間放入一個(gè)濾波器。該LC濾波器可以位于DAC端接電阻（圖13中的R1）與交流限幅電阻（圖13中的R4）之間的任何地方。但是，圖13所示的電路允許靈活設(shè)計(jì)電平轉(zhuǎn)換電路，R2損耗較低，調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)電平較高。它還允許濾波器的源阻抗與負(fù)載阻抗匹配。推薦使用圖13所示的帶濾波器的無源電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)。 圖13. 推薦使用的帶LC濾波器的無源電平轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) ? 濾波器的差分源阻抗和負(fù)載阻抗分別為： 2 × (R1 + R2) 和 2 × {R3||(R4/2)} DAC獲得的單端阻抗為： R1||{R2+R3||(R4/2)} R4充當(dāng)DAC的交流負(fù)載。DAC輸出端的差分交流擺幅為： 2 × IFS × R1||{R2+R3||(R4/2)} 調(diào)制器輸入端的差分交流擺幅為： 2 × {R3||(R4/2)}÷{R2+(R3||(R4/2)} 乘以DAC輸出端的差分交流擺幅。 圖14. 用于電平轉(zhuǎn)換電路的電子表格 ? LC濾波器應(yīng)靠近DAC放置，使回路電流路徑較短。5 V偏置電源(V1)應(yīng)靠近調(diào)制器，因?yàn)檎{(diào)制器也使用該電源。當(dāng)R1、R2、R3、R4分別為34 Ω、218 Ω、760 Ω、750 Ω時(shí)，AD9122 DAC輸出端的500 mV直流偏置電壓與ADL5375-15的1500 mV直流偏置電壓匹配。實(shí)際上，圖13中A點(diǎn)的電壓不必是500 mV，但它會(huì)使交流擺幅有一定的靈活性，而不會(huì)超過DAC輸出的順從電壓。DAC負(fù)載為31.7 Ω。濾波器的輸入和輸出阻抗分別為504 Ω和502 Ω。R2引起的衰減，即R2在DAC輸出端與調(diào)制器輸入端之間造成的壓降，由R2和R3||(R4/2)共同設(shè)置，約為5.4 dB。 要計(jì)算A點(diǎn)和B點(diǎn)（圖13）的直流偏置電平和交流擺幅、R2引起的衰減、濾波器的源/負(fù)載阻抗，可以使用下面的電子表格。該電子表格可以從以下URL下載： www.analog.com/CN0205-LevelShifter 也可以使用ADIsimRF工具來計(jì)算DAC和調(diào)制器的功率水平，該工具可以從 www.analog.com/ADIsimRF下載。 布局布線建議 應(yīng)特別注意DAC/調(diào)制器接口的布局布線。下面是一些建議。圖15顯示了一個(gè)遵循這些建議的頂層布局圖。? 使所有I/Q差分走線長(zhǎng)度保持良好的匹配。 濾波器端接電阻盡可能靠近調(diào)制器輸入端放置。 DAC輸出50 Ω電阻盡可能靠近DAC放置。 加寬經(jīng)過濾波器網(wǎng)絡(luò)的走線以降低信號(hào)損耗。 在所有DAC輸出走線、濾波器網(wǎng)絡(luò)、調(diào)制器輸出走線和LO輸入走線周圍設(shè)置過孔。 將LO和調(diào)制器輸出走線布設(shè)在不同的層上或彼此成90°角，防止耦合。 圖15. 一般布局布線建議 ? 圖16. 測(cè)試設(shè)置功能框圖 ? 欲進(jìn)一步了解有關(guān)正確布局布線的更多信息，請(qǐng)查看設(shè)計(jì)支持包www.analog.com/CN0205-DesignSupport中的AD9122-M5375-EBZ布局文件。 CN0205 I/Q調(diào)制器ADL5375與雙通道、1.2 GSPS高速DAC AD9122實(shí)現(xiàn)接口 本電路在雙通道高速TxDAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器 AD9122 與寬帶I/Q調(diào)制器ADL5375-05之間提供一個(gè)簡(jiǎn)單靈活的接口。由于DAC輸出與ADL5375-05I/Q調(diào)制器輸入具有相同的0.5 V偏置電平，因此無需使用任何有源或無源電平轉(zhuǎn)換電路。該直流耦合的接口有利于DAC補(bǔ)償I/Q調(diào)制器的本振(LO)泄漏。 AD9122 DAC的1.2 GSPS采樣速率和ADL5375-05調(diào)制器I/Q輸入的寬帶寬，確保零中頻(ZIF)和復(fù)中頻(CIF)架構(gòu)均能得到支持。除了濾除奈奎斯特鏡像以外，基帶濾波器還能出色地抑制差模和共模DAC雜散。 CN0205 本電路在雙通道高速TxDAC數(shù)模轉(zhuǎn)換器 AD9122 與寬帶I/Q調(diào)制器ADL5375-05之間提供一個(gè)簡(jiǎn)單靈活的接口。由于DAC輸出與adi