CN0134 寬帶低EVM直接變頻發(fā)射機(jī)

CN0134 當(dāng)單個濾波器無法完成所需的寬帶操作時，可以使用ADF4350 的輔助輸出，在兩種類型的濾波器之間切換。圖8顯示了這種情況：使用一個RF雙刀四擲開關(guān)(DP4T)選擇濾波器1或?yàn)V波器2的差分輸出。 圖8.利用ADF4350的主輸出和輔助輸出實(shí)現(xiàn)濾波器切換的應(yīng)用圖 ? CFTL-0134-EVALZ評估板包含CN-0134電路筆記中描述的電路，可以快速完成設(shè)置并評估電路性能。CFTL-0134-EVALZ板的控制軟件使用標(biāo)準(zhǔn)ADF4350編程軟件，該軟件包含在評估板附帶的光盤上。 設(shè)備要求 帶USB端口的標(biāo)準(zhǔn)PC，運(yùn)行Windows? XP、Windows Vista（32位）或Windows 7（32位）；CFTL-0134-EVALZ電路評估板和ADF4350編程軟件；電源；I/Q信號源，例如Rhode & Schwarz AMIQ；以及頻譜分析儀，例如Rhode & Schwartz FSQ8。有關(guān)更多信息，請參閱設(shè)計(jì)支持包(http://www.analog.com/CN0134-DesignSupport)中的評估指南(CN0134-EvalGuide-RevA.pdf)，以及ADF4350和ADL5375數(shù)據(jù)手冊。 開始使用 有關(guān)軟件安裝和測試設(shè)置，請參閱CN0134-EvalGuide-RevA.pdf。此文檔還包含原理框圖、應(yīng)用原理圖、物料清單、布局布線和組裝信息。有關(guān)更多信息，請參閱AD4350和ADL5375數(shù)據(jù)手冊。 功能框圖 請參閱CN-0134電路筆記中的圖1和圖6，以及CN0134-EvalGuide-RevA.pdf文檔、設(shè)計(jì)支持包中的寬帶TX調(diào)制解決方案用戶文檔。 設(shè)置與測試 關(guān)于軟件安裝和測試設(shè)置，請參閱電路筆記CN-0134和CN0134-EvalGuide-RevA.pdf（寬帶TX調(diào)制器解決方案用戶文檔）。 圖1所示電路使用完全集成的小數(shù)N分頻PLL ICADF4350和寬帶發(fā)射調(diào)制器ADL5375。ADF4350向發(fā)射正交調(diào)制器ADL5375提供本振(LO)信號，后者將模擬I/Q信號上變頻為RF信號。兩個器件共同提供寬帶基帶I/Q至RF發(fā)射解決方案。ADF4350采用超低噪聲3.3 V ADP150調(diào)節(jié)器供電，以實(shí)現(xiàn)最佳LO相位噪聲性能。ADL5375則采用5 V ADP3334 LDO供電。ADP150 LDO的輸出電壓噪聲僅為9 μV均方根值，有助于優(yōu)化VCO相位噪聲并降低VCO推擠（相當(dāng)于電源抑制）的影響。 圖2.直接變頻發(fā)射機(jī)評估板 ? 需要對ADF4350 RF輸出進(jìn)行濾波，以衰減諧波水平，使ADL5375 正交產(chǎn)生模塊的誤差最小。依據(jù)測量和仿真得知，奇次諧波對正交誤差的貢獻(xiàn)大于偶次諧波；如果將奇次諧波衰減至?30 dBc以下，則可以實(shí)現(xiàn)?40 dBc或更好的邊帶抑制性能。ADF4350 數(shù)據(jù)手冊給出了其二次諧波(2H)和三次諧波(3H)水平，如表 1所示。為使三次諧波低于-30 dBc，大約需 置C1c，使電路板空間最小。要衰減 20 dB。 表 1. ADF4350 RF 輸出諧波水平（未經(jīng)濾波） ?Harmonic Content ?Measurement ?Output ?諧波成分（二次） ??19 dBc ?基波VCO輸出 ?諧波成分（三次） ??13 dBc ?基波VCO輸出 ?諧波成分（二次） ??20 dBc ?分頻VCO輸出 ?諧波成分（三次） ??10 dBc ?分頻VCO輸出 本電路提供四種不同的濾波器選項(xiàng)，以適應(yīng)四個不同的頻段。這些濾波器針對 100 ? 差分輸入（ADF4350 RF 輸出及適當(dāng)?shù)钠ヅ洌┖?50 ? 差分輸出（ADL5375 LOIN 差分阻抗）而設(shè)計(jì)，并采用切比雪夫響應(yīng)，以獲得最佳濾波器滾降，但通道紋波會增多。 濾波器原理圖如圖 1所示。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分靈活，既可以使用全差分濾波器，使器件數(shù)量最少，也可以對各路輸出使用一個單端濾波器，或者綜合運(yùn)用以上二者。我們發(fā)現(xiàn)，對于較高頻率(>2 GHz)，兩個單端濾波器的串聯(lián)電感值是全差分濾波器電感值的兩倍，因而器件寄生效應(yīng)的影響得以減小，可提供最佳性能。對于較低頻率(<2 GHz)，全差分濾波器足以滿足需要。 圖3. ADF4350 RF輸出濾波器原理圖 ? ADF4350 輸出匹配包括ZBIAS 上拉電阻，電源節(jié)點(diǎn)的去耦電容也起到一定的作用。為實(shí)現(xiàn)寬帶匹配，建議使用阻性負(fù)載 (ZBIAS = 50 Ω) )，或者將一個阻性負(fù)載與ZBIAS. 建議使用阻性負(fù)載(ZBIAS = 50 ?)，或者將一個阻性負(fù)載與ZBIAS的電抗性負(fù)載并聯(lián)。后者提供的輸出功率稍高，具體取決于所選的電感。請注意，可以將并聯(lián)電阻作為差分元件（即 100 ?）放置在位置使電路板空間最小。表 2中的c型濾波器即為這種情況。 寄生效應(yīng)常常會導(dǎo)致截止頻率低于設(shè)計(jì)值，所以濾波器的設(shè)計(jì)截止頻率應(yīng)為目標(biāo)頻段中最高頻率的約 1.2 至 1.5 倍，留出一定的余量。PCB 寄生效應(yīng)可以在 EM仿真工具中進(jìn)行仿真，以提高精度。 表2. ADF4350 RF輸出濾波器元件值（DNI = 不插入） ?Filter Type ?頻率范圍(MHz) ?ZBIAS ?L1 (nH) ?L2 (nH) ?C1a (pF) C1c (pF)? ?C2a (pF) C2c (pF)? C3a (pF)? C3c (pF)? ?A 500–1300 ?27 nH|| 50 Ω ?3.9 ?3.9 ?DNI ?4.7 ?DNI ?5.6 ?DNI ?3.3 ?B 850–2450 ?19 nH || (100 Ω in Position C1c) ?2.7 ?2.7 ?3.3 100 Ω ?4.7 ?DNI ?3.3 ?DNI ?C 50 Ω ?0 Ω ?3.6 ?DNI ?DNI ?2.2 ?DNI ?1.5 ?DNI ?DNI ?D 2800–4400 ?3.9 nH ?0 Ω ?0 Ω ?DNI ?DNI ?DNI ?DNI ?DNI ?DNI 從表 2可以看出，在 1250 MHz以下的較低頻率時，需要一個五階濾波器。對于 1.25 GHz至 2.8 GHz的頻率，三階濾波器便足夠。對于 2.8 GHz以上的頻率，由于此時諧波水平非常低，足以滿足邊帶抑制要求，因此無需濾波。 圖4.濾波器b的邊帶抑制（850 MHz至2450 MHz） ? 對于使用濾波器b（850 MHz至 2450 MHz）的電路，其邊帶抑制性能與頻率的關(guān)系如圖 4所示。此次掃頻的測試條件如下：基帶I/Q幅度 = 1 V峰峰值差分正弦波，與 500 mV(ADL5375-05)直流偏置正交；基帶I/Q頻率(fBB) = 1 MHz。 誤差矢量幅度(EVM)衡量數(shù)字發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的性能質(zhì)量，反映幅度和相位誤差所導(dǎo)致的實(shí)際星座點(diǎn)與理想位置的偏差。EVM圖如圖 5所示。 表 3給出了有濾波器和無濾波器兩種情況下的EVM測量結(jié)果。本例中，基帶I/Q信號是利用 3GPP測試模型 4，使用Rhode& Schwarz AMIQ（數(shù)字輸出）和外部 16 位DAC板(AD9788)而產(chǎn)生。另外還使用了濾波器b。圖 6 為EVM測試設(shè)置的框圖。 表 3. 單載波W-CDMA復(fù)合EVM結(jié)果：ADF4350 RF輸出端有濾波器和無濾波器兩種情況對比（根據(jù) 3GPP規(guī)范測試模型 4 測量） 頻率(MHz) 復(fù)合 EVM，無 LO濾波 復(fù)合 EVM，有 LO 濾波，濾波器 C 調(diào)制器輸出功率(dBm) ?2140 ?3.50% ?1.80% ?-7 ?1800 ?3.40% ?1.50% ?-7 ?900 ?3.30% ?0.90% ?-7 圖5. EVM 圖 ? 圖6. EVM測量設(shè)置（原理示意圖） ? 鄰道泄漏比(ACLR)衡量相鄰?fù)ǖ赖墓β逝c主通道功率的關(guān)系，用 dBc 表示。 LO 相位噪聲和調(diào)制器的線性度是 ACLR 的主要影響因素。ACLR測試設(shè)置與 EVM 測試設(shè)置大致相同，只不過同軸濾波器位于 AD9788 DAC 板的 I/Q 輸出端，以便減少混疊產(chǎn)物。 以差分方式驅(qū)動ADL5375 LO 輸入，除了可以改善邊帶抑制和EVM之外，還具有性能優(yōu)勢。與單端LO驅(qū)動相比，調(diào)制器OIP2性能可以提高2dB至5dB。請注意，多數(shù)外部VCO僅提供單端輸出，因此 ADF4350 采用差分輸出優(yōu)于使用外部VCO。圖7顯示使用850 MHz至2450 MHz濾波器（濾波器b）的邊帶抑制結(jié)果。 圖7. 850 MHz至2450 MHz濾波器b的邊帶抑制結(jié)果 ? 有關(guān)本電路筆記的完整設(shè)計(jì)支持包，請?jiān)L問http://www.analog.com/CN0134-DesignSupport。 CN0134 CN0134 寬帶低EVM直接變頻發(fā)射機(jī) 本電路為寬帶直接變頻發(fā)射機(jī)模擬部分的完整實(shí)施方案（模擬基帶輸入、RF輸出）。通過使用鎖相環(huán)(PLL)和寬帶集成電壓控制振蕩器(VCO)，本電路支持500 MHz至4.4 GHz范圍內(nèi)的RF頻率。PLL中的LO執(zhí)行諧波濾波，確保提供出色的正交精度。 低噪聲LDO確保電源管理方案對相位噪聲和EVM沒有不利影響。這種器件組合可以提供500 MHz至4.4 GHz頻率范圍內(nèi)業(yè)界領(lǐng)先的直接變頻發(fā)射機(jī)性能。 圖1.直接變頻發(fā)射機(jī)（原理示意圖：未顯示去耦和所有連接） ? CN0134 CN0134 | circuit note and reference circuit info 寬帶低EVM直接變頻發(fā)射機(jī) | Analog Devices 本電路為寬帶直接變頻發(fā)射機(jī)模擬部分的完整實(shí)施方案（模擬基帶輸入、RF 輸出）。通過使用鎖相環(huán)(PLL)和寬帶集成 電壓控制振蕩器(VCO)，本電路支持 500 MHz 至 4.4 GHz 范 圍內(nèi)的 RF 頻率。PLL 中的 LO 執(zhí)行諧波濾波，確保提供出色 的正交精度。低噪聲 LDO 確

• 寬帶直接變頻發(fā)射機(jī)
• 可在500MHz至4.4GHz之間工作
• 出色的相位噪聲減少了誤差

(analog)