高線性度組件簡化了直接轉(zhuǎn)換接收器的設(shè)計(jì)

直接轉(zhuǎn)換無線電接收器可獲取一個頻率范圍為800MHz～3GHz的高頻輸入信號，并利用一個混頻器/解調(diào)器將該信號轉(zhuǎn)換至基帶，而無須經(jīng)過一個中頻(IF)級。設(shè)計(jì)這些接收器需要采用性能非常高的模擬IC。面向諸如蜂窩通信基礎(chǔ)設(shè)施和RFID閱讀器等應(yīng)用的高性能、直接轉(zhuǎn)換無線電接收器信號鏈路要具有高線性度、低噪聲系數(shù)(NF)，并在同相和正交(I和Q)通道之間實(shí)現(xiàn)上佳的匹配。

針對該任務(wù)的合適組件
此類產(chǎn)品很多，比如凌力爾特公司的LT5575直接轉(zhuǎn)換解調(diào)器和LTC6406。對于直接轉(zhuǎn)換混頻器，最重要的線性度規(guī)格是二階截取點(diǎn)(IIP2)，這是因?yàn)槎A失真分量恰巧存在于基帶輸出頻譜內(nèi)，而LT5575在900MHz頻率條件下的二階截取點(diǎn)為54.1dBm(在1900MHz頻率條件下為60dBm)。LT5575還具有很高的三階線性度和一個12.8dB的低噪聲系數(shù)。

LTC6406是一款具有低噪聲(在輸入端為1.6nV/√Hz)和高線性度(在20MHz頻率下為+44dBm OIP3)的全差分放大器，采用小型3mm×3mm QFN封裝。低功耗(使用一個3.3V電源時(shí)為59mW)意味著采用兩個放大器(用于I和Q)對系統(tǒng)功率分配產(chǎn)生的影響極小。LTC6406可在高達(dá)50MHz的頻率條件下保持高線性度，因而非常適合于WCDMA接收器和其他的寬帶應(yīng)用。

一款基本的接收器設(shè)計(jì)
采用有源解調(diào)器時(shí)的一個常見設(shè)計(jì)難題是必需把輸出(它可能具有一個接近VCC的DC電平)的電平移動至位于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入范圍內(nèi)的一個可用DC電平。幸運(yùn)的是，LTC6406的軌至軌輸入使得與LT5575輸出端的連接既簡單又直接。LTC6404還包括一個額外的反饋環(huán)路(受控于一個外部VOCM電平)，該反饋環(huán)路可獨(dú)立地設(shè)定輸出共模DC電平，而不受輸入電壓的影響。

圖1示出了一款采用LT5575解調(diào)器和LTC6404(后接一個LTC2299 14位ADC)的基本接收器電路。解調(diào)器輸出端上的一個RC低通濾波器負(fù)責(zé)濾除不希望有的帶外信號，而布設(shè)在ADC之前的另一個RC低通濾波器則用于消除混迭，并限制噪聲帶寬。LTC6406輸入端上的直流電壓為3.3V，與電源電壓相同。

圖1 LT5575解調(diào)器和LTC6406放大器驅(qū)動一個14位ADC

給系統(tǒng)增加自由增益
對于需要更大增益的信號鏈路，LTC6401-8差分放大器/ADC驅(qū)動器可以為LT5575和LTC6406提供一個很好的補(bǔ)充。LTC6401-8具有較高的線性度(在20MHz頻率條件下實(shí)現(xiàn)了50dBm OIP3)和2.5nV/√Hz的輸入噪聲，采用3mm×3mm QFN封裝。它有助于改善增益和線性度，且并未顯著影響噪聲系數(shù)。如圖2所示，在信號鏈路中增加了LTC6401-8(也可提供14dB、20dB和26dB選項(xiàng))，以驅(qū)動LTC2299。整個系統(tǒng)OIP3的測量值為45dBm(在920MHz RF和采用900MHz本機(jī)振蕩器時(shí))，而系統(tǒng)噪聲系數(shù)(NF)總計(jì)約為19dB。

由于LTC6401-8具有較高的線性度，因而能夠?qū)⒔M合系統(tǒng)OIP3增加至45dBm。此外，還在未使噪聲系數(shù)顯著劣化的情況下把增益提升了8dB。對于LTC6406而言，LTC6401-8的400Ω輸入阻抗并不是一個很重的負(fù)載，因此可在信號損失(因串聯(lián)電阻器等所致)極小的情況下實(shí)現(xiàn)兩個放大器的直接耦合。

一個位置選擇余地較大的濾波器
在圖2所示的電路中，可以把濾波器布設(shè)在3個位置上，即混頻器之后、兩個放大級之間和ADC之前。這幾種布設(shè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但最簡單的設(shè)計(jì)選擇是把濾波器布設(shè)在混頻器之后。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可在信號鏈路的前端對無用的信號進(jìn)行衰減，這可以保持后面電路級的IP3，并允許通過系統(tǒng)提供增益。在解調(diào)器輸出端上布設(shè)一個LC濾波器對系統(tǒng)失真和噪聲系數(shù)的影響最小，而LC低通濾波器會給一個靠近其諧振頻率的反饋放大器輸出帶來一個很重的負(fù)載阻抗。值得注意的是，把LC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)在一個高速采樣ADC的輸入端上是很巧妙的方法。

圖2 采用一個20MHz低通濾波器的LT5575解調(diào)器

在設(shè)計(jì)LC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注的一點(diǎn)是必需保持LT5575的I和Q增益/相位匹配 (0.04dB/0.4°失配)，這就要求采用低容差LC組件(±2%電感器和±5%電容器)。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和群延遲特性幾乎完全由LC濾波器來決定。