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          借助差分接口改善射頻收發(fā)器設(shè)計性能

          作者: 時間:2011-09-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          簡介
          傳統(tǒng)中,50 Ω單端廣泛用于和中頻電路。當(dāng)電路進行互連時,應(yīng)全部具有匹配的50 Ω輸出和輸入阻抗。然而在現(xiàn)代中,常用在中頻電路中以獲得更好的,但實際過程中,工程師需要處理幾個常見問題,包括阻抗匹配、共模電壓匹配以及復(fù)雜的增益計算。了解發(fā)射機和接收機中的電路對優(yōu)化增益匹配和系統(tǒng)很有幫助。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/178563.htm


          優(yōu)勢
          差分接口有三大主要優(yōu)勢。首先,差分接口可抑制外部干擾和接地噪聲。其次,它可以抑制偶次階輸出失真。這對于零中頻(ZIF)接收機非常重要,因為出現(xiàn)在低頻信號中的偶次階成分無法濾除。第三,輸出電壓可達到單端輸出的兩倍,從而將給定電源上的輸出線性度提高6dB。
          本文論述三種情況下的接口解決方案:ZIF接收機、超外差式接收機和發(fā)射機。這三種架構(gòu)廣泛用于拉遠單元(RRU)、數(shù)字直放站和其他無線測試儀器中。


          ZIF接收機接口設(shè)計和增益計算
          在零中頻(ZIF)接收機設(shè)計中,IF信號是復(fù)信號,直流和低頻率信號來提供有用信息。典型解調(diào)器在驅(qū)動200 Ω至450 Ω負載時可提供最佳,同時ADC驅(qū)動器的輸入阻抗一般并非50 Ω,因此設(shè)計系統(tǒng)時采用直流耦合很重要也很困難。
          圖1顯示了一個ZIF接收機配置,它使用兩個低噪聲放大器(LNA) ADL5523 一個400MHz至6000MHz正交I/Q解調(diào)器ADL5380、一個作為本振(LO)的寬帶頻率合成器ADF4350以及一個雙通道數(shù)字可編程可變增益放大器(VGA)AD8366。表1顯示了相關(guān)ADL5380接口和增益參數(shù)。
          image001.jpg
          圖1. ZIF接收機框圖
          表1.ADL5380接口和增益參數(shù)

          BB1.jpg

          與具有217 Ω差分輸入阻抗的AD8366接口時,ADL5380具有5.9 dB電壓增益和–0.5 dB功率增益[5.9 dB – 10log (217/50)]。為獲得最佳性能,將ADL5380 ADJ引腳連接至VS,使ADL5380與AD8366間的共模電壓設(shè)置為2.5 V。在ADL5380與AD8366間放置具有0.5 dB插入損耗的差分四階巴特沃茲低通濾波器,以便抑制噪聲和高頻干擾成分。雖然濾波器會輸入和輸出阻抗并不匹配,但在基帶頻率下這些不匹配是可以忽略的。
          表2.AD8366接口和增益參數(shù)
          BB2.jpg

          AD8366的共模輸出電壓可設(shè)置為2.5 V;當(dāng)VCM保持浮空時其線性度最佳。遺憾的是,AD6642在0.9 V共模輸入電壓(0.5 × AVDD)下具有最佳性能。由于AD8366的共模輸出電壓必須介于1.6 V與3 V之間,因此AD6642 VCM和AD8366 VCM引腳無法直接連接,必須使用電阻將AD8366共模輸出電壓分壓至0.9 V。
          為獲得最佳性能,AD8366應(yīng)驅(qū)動200Ω載。要實現(xiàn)所需的共模電平和阻抗匹配,可在AD8366后添加63 Ω串聯(lián)電阻和39 Ω并聯(lián)電阻。這一電阻網(wǎng)絡(luò)將使信號功率衰減4 dB。
          AD8366的輸出擺幅可達6 V p-p,但電阻網(wǎng)絡(luò)提供的4 dB衰減使AD6642得到的電壓限于2.3 V p-p,避免了較大干擾尖峰或增益的失控對ADC帶來損害。
          在AD8366與AD6642間放置具有1.5 dB插入損耗的差分六階巴特沃茲低通濾波器,可以濾除高頻干擾成分。I或者Q通道的完整差分接口如圖2所示。

          圖2.ZIF接收機接口框圖和仿真濾波器特性

          image002.jpg
          為保留足夠的余量來應(yīng)付整個溫度范圍內(nèi)的增益變化,AD8366在正常模式下的增益設(shè)置為16 dB。
          采用這種配置,整個信號鏈的增益如下:
          5.9 dB – 10log (217/50) – 0.5 dB + 16 dB – 10log (200/217) – 1.5 dB – 4 dB = 9.9 dB.
          在ADL5380之前以級聯(lián)方式插入的兩個LNA實現(xiàn)了32 dB的增益。由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器被配置為2 V p-p滿幅擺幅和78 Ω等效輸入阻抗,它可以接收最大–34 dBm的單音RF輸入信號。如果輸入信號是具有10 dB峰均比(PAR)的調(diào)制信號,在不改變VGA設(shè)置情況下,接收機可以接收的最大輸入信號為-41dBm。
          換言之,電壓增益可用于計算信號鏈鏈路預(yù)算。當(dāng)輸入端口阻抗等于輸出端口阻抗時,電壓增益等于功率增益。整個信號鏈的電壓增益為:
          32 dB + 5.9 dB – 0.5 dB + 16 dB – 1.5 dB – 8 dB = 43.9 dB.
          對于單音信號輸入,要獲得2 V p-p擺幅范圍,正確的輸入功率為:
          8 dBm – 43.9 dB + 10log (78/50) = –34 dBm.
          用電壓增益計算的結(jié)果與功率增益計算出結(jié)果是相同的。
          某些應(yīng)用中,ADL5380可能需要直接連接至AD6642,這種情況下,可為AD6642差分輸入添加500 Ω電阻以匹配。ADL5380電壓增益為6.9 dB,且具有與AD8366相同的共模問題。所以應(yīng)使用160 Ω串聯(lián)電阻和100 Ω并聯(lián)電阻來實現(xiàn)500 Ω負載和所需的共模電壓。同樣,電阻網(wǎng)絡(luò)可將電壓增益衰減8 dB(功率則衰減4 dB)。
          在ADL5380與AD6642間放置具有1.5 dB插入損耗的低通濾波器,從而濾除干擾頻率成分。整個鏈路的輸入阻抗為50 Ω,輸出阻抗為500 Ω。采用這種配置,整個信號鏈的增益如下:
          6.9 dB – 10log (500/50) – 1.5 dB – 4 dB = –8.6 dB.
          超外差式接收機接口設(shè)計和增益計算
          超外差式接收機設(shè)計中,系統(tǒng)使用交流耦合,因此設(shè)計超外差接收機電路時不必考慮直流共模電壓匹配。
          許多混頻器,例如ADL535x和ADL580x,具有200 Ω的差分輸出阻抗,因此不同輸出阻抗呈現(xiàn)不同功率增益和電壓增益。
          圖3顯示了超外差式接收機的一個通道,該器件采用以下元件:低噪聲放大器ADL5523具有LO緩沖器、IF放大器和RF巴倫的雙通道平衡混頻器ADL5356;帶通或者低通濾波器;雙通道、超低失真IF VGAAD8376另一個低通或者帶通抗混疊濾波器;雙通道IF接收機AD6642


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