不同LO頻率下的BPSK調(diào)制器工作狀態(tài)及性能分析

二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)也稱為雙相調(diào)制，是一種簡單的，流行的數(shù)字調(diào)制方案。符號(hào)星座盡可能相距很遠(yuǎn)，這對弱信號(hào)工作來說是可取的。BPSK因其相對簡單的擴(kuò)頻能力而受歡迎。因此，BPSK可以應(yīng)用于弱信號(hào)通信，擴(kuò)頻，測距和雷達(dá)系統(tǒng)[1]。

LTC5548基本上是一個(gè)具有直流耦合IF端口的無源雙平衡混頻器。作為BPSK調(diào)制器(圖1)，混頻器不提供頻率轉(zhuǎn)換，因此調(diào)制器頻率范圍限于LO和RF端口均可處理的頻率范圍。圖2顯示了BPSK調(diào)制器的測試設(shè)置。具有差分輸出的實(shí)驗(yàn)室級(jí)矢量信號(hào)發(fā)生器將生成基帶波形。

圖1.用作BPSK調(diào)制器的射頻混頻器電阻R1和R2構(gòu)成的每個(gè)中頻輸入為50Ω，適合用現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室測試設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

圖2. BPSK調(diào)制器的測試設(shè)置

調(diào)制器IF輸入信號(hào)

LTC5548直流耦合IF輸入的基帶驅(qū)動(dòng)電平應(yīng)符合以下準(zhǔn)則：

驅(qū)動(dòng)器應(yīng)始終為差分(平衡)，采用0.0V共模。

每個(gè)IF引腳的典型驅(qū)動(dòng)電平可以是±0.1V連續(xù)(0.2V p-p)。

每個(gè)IF引腳的驅(qū)動(dòng)電平在信號(hào)峰值(0.4V p-p)上不應(yīng)超過±0.2V。

每個(gè)IF引腳的驅(qū)動(dòng)電平不得超過±0.3V絕對最大額定值。而且，這樣大的輸入信號(hào)通常在RF輸出處產(chǎn)生不可接受的高頻譜再生。

對于大多數(shù)應(yīng)用，需要低LO泄漏，這意味著IF輸入引腳上的直流失調(diào)電壓應(yīng)接近零伏特。通常，LO泄漏處于不能用DC偏移調(diào)整完全消除的相位。因此，使用直流偏置調(diào)整可以減少LO泄漏，但不能消除LO泄漏。

圖3顯示了組成差分IF輸入信號(hào)的IF +和IF-引腳電壓。測試電路如圖1所示。請注意，信號(hào)是差分信號(hào)，以大約零伏為中心，符合上面列出的驅(qū)動(dòng)電平標(biāo)準(zhǔn)。

圖3.典型的調(diào)制器驅(qū)動(dòng)波形，在IF +和IF-輸入引腳處測得。符號(hào)率=數(shù)據(jù)率= 5Mbps。

通過空中輻射BPSK信號(hào)的應(yīng)用往往受益于基帶信號(hào)源的數(shù)字濾波。在其他應(yīng)用中，調(diào)制的信號(hào)帶寬可能不是問題，需要很少的基帶濾波。圖4說明了調(diào)制器的輸出頻譜，有和沒有基帶濾波。

圖4.使用5Mbps PN9數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)的調(diào)制器輸出。數(shù)字輸入濾波提供的脈沖整形在降低輸出帶寬方面非常有效。這里，數(shù)字濾波器的選擇是根升余弦響應(yīng)，α= 0.35。跟蹤平均屏蔽了數(shù)字濾波信號(hào)的4.0dB峰均比。

例1：2.4GHz BPSK調(diào)制器

矢量信號(hào)分析儀(VSA)測量LTC5548的BPSK調(diào)制精度。調(diào)制器原理圖如圖1所示，每個(gè)差分輸入引腳信號(hào)的驅(qū)動(dòng)如圖3所示。測試設(shè)置如圖2所示。EVM測量值優(yōu)于0.5%rms，這對于BPSK通信系統(tǒng)來說是令人滿意的。

圖5. 2.4GHz下的BPSK調(diào)制精度VSA測量濾波器是根升余弦響應(yīng)，α= 0.35。輸出功率測量值-2.6dBm。

例2：8.6GHz BPSK調(diào)制器

在8.6GHz測試的同一電路中，我們看到輸出功率降低，LO泄漏增加。增加的相位誤差可歸因于較高頻率處LO的相位噪聲增加以及較高頻率處VSA的較高殘余相位噪聲。對于BPSK，EVM的整體調(diào)制精度= 0.6%仍然可以接受。

圖6. 8.6GHz時(shí)的調(diào)制精度輸出功率測量值為-5.8dBm。

例3：使用內(nèi)部TImes;2 LO乘法器的12 GHz BPSK調(diào)制器

在這個(gè)測試中，我們將LO頻率提高到12 GHz，源自內(nèi)部LTC5548 LO倍頻器。以這種方式，測試還包括LO倍頻器可能貢獻(xiàn)的任何殘余相位噪聲誤差。外部LO驅(qū)動(dòng)器為6GHz，X2(引腳8)綁定為高電平。

與較低的頻率相比，VSA僅顯示輕微的，逐漸的性能下降。EVM優(yōu)于0.8%，可用于BPSK應(yīng)用。

圖7.使用內(nèi)部LOTImes;2乘法器的12GHz調(diào)制精度。輸出功率在12GHz時(shí)測量為-9 dBm。

結(jié)論

EVM測量結(jié)果表明，隨著LO頻率的增加，EVM和LO泄漏(IQ偏移)輕微下降，但BPSK應(yīng)用的性能仍然可以接受。

在以上三個(gè)例子中，符號(hào)率= 5Msps。如果工作在更高的LO頻率和更寬的帶寬(更快的符號(hào)速率)，EVM將由于調(diào)制器RF端口的高頻滾降而增加。對于這些高符號(hào)率(或高碼片率)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該進(jìn)行自己的測量，以確認(rèn)調(diào)制精度仍然可以接受。

[1]例如，CDMA，GPS，WiMAX，WLAN和ZigBee等等。