借助差分接口改善射頻收發(fā)器設計性能

該設計使用140MHz 中頻和20MHz帶寬，因此器件連接時可采用交流耦合。
AD5356在200 Ω負載下具有最佳性能，而AD8376的輸入阻抗為150 Ω。因此，為了抑制混頻器輸出雜散并提供良好的阻抗匹配，差分LC濾波器必須具有200 Ω的輸入阻抗和150 Ω的輸出阻抗。在某些應用中，需要通過過渡帶極窄濾波器抑制頻帶外信號，可使用差分SAW濾波器來實現(xiàn)，但這會給接收機信號鏈引入過大的損耗和群延遲。四階差分帶通巴特沃茲濾波器可適合許多無線接收機，因為前端RF濾波器可以為帶外干擾提供足夠的衰減。
表3. ADL5356和AD8376接口和增益參數

AD8376的電流輸出型電路具有高輸出阻抗，因此其差分輸出需要接150 Ω電阻實現(xiàn)電壓輸出。另一個差分濾波器放置在AD8376和ADC之間，用于衰減二階和三階諧波失真成分，因此該150 Ω負載可以被分成兩部分。首先將300 Ω電阻安裝于AD8376的輸出端。另一個300 Ω電阻由兩個165 Ω電阻和ADC的3 kΩ輸入阻抗構成。兩個165 Ω電阻同時為ADC輸入提供直流共模電壓。LC濾波器的輸入和輸出阻抗均為300 Ω。對于高中頻應用，信號源和負載的阻抗的完美匹配是非常重要的。完整接口如圖4所示。

圖4.超外差式接收機接口框圖和濾波器仿真結果

此接收機中，混頻器之前放置一個20 dB LNA。混頻器之后的濾波器具有2 dB插入損耗；AD8376與ADC之間的濾波器具有1.2 dB插入損耗。AD8376增益設置為14 dB，以便提供足夠的余量來應對溫度變化。接收機的總體增益為：
20 dB + 8.2 dB – 2 dB + 14 dB – 1.2 dB = 39 dB.
為將ADC輸入電壓限制在2 V p-p以下，傳輸到150 Ω電阻(300 Ω || (165 Ω × 2) || 3 k Ω)的功率應小于5.2 dBm。因此對于單音信號，接收機最大輸入功率為–33.8 dBm。如果輸入信號是10 dB PAR調制信號，使用此增益設置的最大輸入信號為–40.8 dBm。
發(fā)射機接口設計和增益計算
對于發(fā)射通道設計，ZIF和超外差式架構具有相似的接口特性，均需要在TxDAC®與調制器間執(zhí)行直流耦合。大多數調制器的中頻輸入電路需要外部提供直流偏置；TxDAC輸出可為直流耦合模式下的調制器提供直流偏置。大多數高速DAC是電流輸出架構，因此需要外輸出電阻才能為調制器產生輸入電壓。
圖5顯示了超外差式或ZIF發(fā)射機，該器件采用以下元件：TxDACAD9122、低通濾波器、正交調制器ADL537x、另一個RF濾波器、頻率合成器ADF4350、數字控制VGAADL5243、功率放大器、用于控制功率放大器(PA)柵極電壓的DACAD562x.
圖5.發(fā)射機框圖

對于AD9122，滿量程輸出電流可設置在8.66 mA與31.66 mA之間。對于大于20 mA的滿量程電流，無雜散動態(tài)范圍(SFDR)會變差，但DAC的輸出功率和ACPR也隨著滿量程電流降低而減小。適當折衷的方案是將20 mA交流電流疊加于10 mA直流電平上，得到0 mA至20 mA的電流輸出。
表4.AD9122和ADL5372接口和增益參數


ADL5372的輸入電路需要0.5 V共模電壓，由流經50 Ω電阻的10 mA直流電流提供。0 mA至20 mA交流電流由兩個50 Ω電阻和一個100 Ω電阻共享。因此調制器輸入的交流電壓為20 mA × ((50 × 2) || 100) = 1 V p-p。TxDAC與調制器之間的濾波器用于去除高頻雜散和諧波成分。濾波器的輸入和輸出阻抗為100 Ω。完整接口如圖6所示。

圖6.直流耦合發(fā)射機IF接口框圖和濾波器仿真結果

采用50 Ω輸出時，ADL5372的電壓轉換增益為0.2 dBm。使用13 dB PAR調制器信號時，平均功率必須至少減小15 dB，以便適應Tx數字預失真過程。ADL5372具有1 V p-p單音輸入時，平均調制器輸出功率為7.1 dBm – 2.9 dB = 4.2 dBm。如果考慮低通濾波器的2.2 dB插入損耗，平均輸出功率為4.2 dBm – 2.2 dB = 2 dBm。這種狀態(tài)下，調制器輸出端平均輸出功率為-10dBm。
為了保證發(fā)射鏈路提供11 dBm平均發(fā)射功率，Tx信號鏈內后端需要具有26 dBm 的P-1dB的PA驅動器。如果需要2 dB插入損耗的RF濾波器以抑制LO饋通和調制器邊帶輸出，那么增益模塊和PA驅動器必須提供23 dB的總增益。針對此應用，建議使用具有集成式增益模塊、數字控制衰減器和PA驅動器的VGA ADL5243。
結束語
本文介紹了ZIF和超外差式接收機解調器、IF VGA、混頻器和ADC模擬端口差分設計，以及TxDAC與FMOD之間的發(fā)射機差分接口，其中均使用ADI器件作為信號鏈有源部分。另外還提供了設計用于這些電路的應用濾波器的增益計算和仿真結果。本振差分接口設計以及其他相關設計詳情請參閱以下參考文獻。
參考文獻
Circuit Note CN-0018, Interfacing the ADL5372 I/Q Modulator to the AD9779A Dual-Channel, 1 GSPS High-Speed DAC.
Circuit Note CN-0134, Broadband Low Error Vector Magnitude (EVM) Direct Conversion Transmitter.
Calvo, Carlos. “The differential-signal advantage for communications system design.” EE Times.