借助差分接口改善射頻收發(fā)器設(shè)計(jì)性能

該設(shè)計(jì)使用140MHz 中頻和20MHz帶寬，因此器件連接時(shí)可采用交流耦合。
AD5356在200 Ω負(fù)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(yīng)用中，需要通過(guò)過(guò)渡帶極窄濾波器抑制頻帶外信號(hào)，可使用差分SAW濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這會(huì)給接收機(jī)信號(hào)鏈引入過(guò)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(wú)線接收機(jī)，因?yàn)榍岸薘F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(shù)

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(shí)現(xiàn)電壓輸出。另一個(gè)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(fù)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(gè)300 Ω電阻由兩個(gè)165 Ω電阻和ADC的3 kΩ輸入阻抗構(gòu)成。兩個(gè)165 Ω電阻同時(shí)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(duì)于高中頻應(yīng)用，信號(hào)源和負(fù)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(jī)接口框圖和濾波器仿真結(jié)果

此接收機(jī)中，混頻器之前放置一個(gè)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(shè)置為14 dB，以便提供足夠的余量來(lái)應(yīng)對(duì)溫度變化。接收機(jī)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?shù)?50 Ω電阻(300 Ω || (165 Ω × 2) || 3 k Ω)的功率應(yīng)小于5.2 dBm。因此對(duì)于單音信號(hào)，接收機(jī)最大輸入功率為–33.8 dBm。如果輸入信號(hào)是10 dB PAR調(diào)制信號(hào)，使用此增益設(shè)置的最大輸入信號(hào)為–40.8 dBm。
發(fā)射機(jī)接口設(shè)計(jì)和增益計(jì)算
對(duì)于發(fā)射通道設(shè)計(jì)，ZIF和超外差式架構(gòu)具有相似的接口特性，均需要在TxDAC®與調(diào)制器間執(zhí)行直流耦合。大多數(shù)調(diào)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(diào)制器提供直流偏置。大多數(shù)高速DAC是電流輸出架構(gòu)，因此需要外輸出電阻才能為調(diào)制器產(chǎn)生輸入電壓。
圖5顯示了超外差式或ZIF發(fā)射機(jī)，該器件采用以下元件：TxDACAD9122、低通濾波器、正交調(diào)制器ADL537x、另一個(gè)RF濾波器、頻率合成器ADF4350、數(shù)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(jī)框圖

對(duì)于AD9122，滿量程輸出電流可設(shè)置在8.66 mA與31.66 mA之間。對(duì)于大于20 mA的滿量程電流，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)會(huì)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(dāng)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(shù)


ADL5372的輸入電路需要0.5 V共模電壓，由流經(jīng)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(gè)50 Ω電阻和一個(gè)100 Ω電阻共享。因此調(diào)制器輸入的交流電壓為20 mA × ((50 × 2) || 100) = 1 V p-p。TxDAC與調(diào)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(jī)IF接口框圖和濾波器仿真結(jié)果

采用50 Ω輸出時(shí)，ADL5372的電壓轉(zhuǎn)換增益為0.2 dBm。使用13 dB PAR調(diào)制器信號(hào)時(shí)，平均功率必須至少減小15 dB，以便適應(yīng)Tx數(shù)字預(yù)失真過(guò)程。ADL5372具有1 V p-p單音輸入時(shí)，平均調(diào)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(diào)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(hào)鏈內(nèi)后端需要具有26 dBm 的P-1dB的PA驅(qū)動(dòng)器。如果需要2 dB插入損耗的RF濾波器以抑制LO饋通和調(diào)制器邊帶輸出，那么增益模塊和PA驅(qū)動(dòng)器必須提供23 dB的總增益。針對(duì)此應(yīng)用，建議使用具有集成式增益模塊、數(shù)字控制衰減器和PA驅(qū)動(dòng)器的VGA ADL5243。
結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了ZIF和超外差式接收機(jī)解調(diào)器、IF VGA、混頻器和ADC模擬端口差分設(shè)計(jì)，以及TxDAC與FMOD之間的發(fā)射機(jī)差分接口，其中均使用ADI器件作為信號(hào)鏈有源部分。另外還提供了設(shè)計(jì)用于這些電路的應(yīng)用濾波器的增益計(jì)算和仿真結(jié)果。本振差分接口設(shè)計(jì)以及其他相關(guān)設(shè)計(jì)詳情請(qǐng)參閱以下參考文獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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.