基于IQ解調(diào)器具有中頻和基帶可變增益以及可編程基帶濾波功能的中頻至基帶接收機

基于IQ解調(diào)器，具有中頻和基帶可變增益以及可編程基帶濾波功能的中頻至基帶接收機電路功能與優(yōu)勢該電路是靈活的頻率捷變中頻至基帶接收機。中頻和基帶上的可變增益用于調(diào)整信號電平。ADRF6510基帶ADC驅(qū)動器還包括可編程低通濾波器，可消除通道外阻塞和噪聲。

此濾波器的帶寬可隨著輸入信號帶寬變化而動態(tài)地調(diào)節(jié)。這樣可以確保由本電路驅(qū)動的ADC的可用動態(tài)范圍得到充分使用。

電路內(nèi)核是IQ解調(diào)器。ADL5387基于2×LO的相位分離架構(gòu)支持寬頻率范圍工作。精確的正交平衡和低輸出直流失調(diào)確保了對誤差矢量幅度(EVM)的影響極小。

本電路內(nèi)所有元件間的接口均采用全差分式。如果不同級間需要直流耦合，相鄰級的偏置電平彼此兼容。

圖1.直接變頻接收機原理示意圖(所有連接和去耦均未顯示)

電路描述接收機架構(gòu)本電路筆記中描述了接收機的直接變頻(也稱為零差或零中頻)架構(gòu)。與可以執(zhí)行多次頻率轉(zhuǎn)換的超外差式接收機相比，直接變頻無線電只能執(zhí)行一次頻率轉(zhuǎn)換。一次頻率轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢如下：降低接收機復雜性，減少所需級數(shù)；提高性能和降低功耗避免鏡像抑制問題和不需要的混頻產(chǎn)物；只需要基帶上的一個LPF高靈敏度(相鄰通道抑制比[ACRR])圖1顯示了該系統(tǒng)的基本原理示意圖，包括集成自動增益控制(AGC)環(huán)路的級聯(lián)中頻可變增益放大器(VGA)，以及緊隨其后的正交解調(diào)器、具有可變基帶增益的可編程低通濾波器。圖1中以灰色顯示的元件(ADF4350和AD9248)是為清楚起見，并不包括在系統(tǒng)級測量中(有關(guān)這些器件的詳情請參見“常見變化”部分)。

理想情況下，第一級的輸入和最后級的輸出應(yīng)設(shè)置系統(tǒng)的動態(tài)范圍(信噪比)。實際上，情況可能并非如此。在正交解調(diào)器之前放置級聯(lián)VGA不僅會給系統(tǒng)帶來更多增益，而且有利于整體系統(tǒng)噪聲性能，只要VGA的噪聲系數(shù)低于正交解調(diào)器，只要VGA仍具有增益，且未發(fā)生衰減。后續(xù)級的噪聲系數(shù)通過初始VGA的增益進行分頻處理。提供VGA(相對于僅提供固定增益放大器)的另一優(yōu)點是AGC環(huán)路可經(jīng)設(shè)計以調(diào)平正交解調(diào)器的輸入信號。這一限制施加于正交解調(diào)器和任何后續(xù)級的信號電平的能力非常重要。

中頻VGA和AGC環(huán)路中頻VGA和AGC環(huán)路功能可通過ADL5336來實現(xiàn)。它具有兩個可級聯(lián)VGA，每個VGA具有24dB的模擬動態(tài)范圍，并且可以通過SPI端口以數(shù)字方式改變每個VGA上的最大增益。

為了實現(xiàn)信號調(diào)平AGC功能，每個ADL5336VGA具有平方律檢波器，通過可編程衰減器連接到輸出。檢波器將衰減器的輸出與63mVrms的內(nèi)部基準電壓進行比較。如果衰減器輸出與63mVrms基準電壓間有差異，誤差電流便會產(chǎn)生并集成到CAGC電容內(nèi)。AGC環(huán)路通過將DTO1/DTO2引腳連接到GAIN1/GAIN2引腳關(guān)閉。為了使AGC環(huán)路正常工作，將MODE引腳拉至低電平，從而產(chǎn)生負VGA增益斜率。

每個ADL5336VGA具有允許的輸入功率范圍，AGC將在此范圍內(nèi)調(diào)平至特定設(shè)定點。在該范圍以外，VGA輸出隨輸入一起按dB遞增或遞減(假定VGA未處于壓縮狀態(tài)或信號不在噪底內(nèi))。

IQ解調(diào)器信號從ADL5336路由至ADL5387，在此接受解調(diào)并將頻率轉(zhuǎn)換為零中頻。ADF4350頻率合成器可向ADL5387提供所需的2×LO信號(參見“常見變化”部分)；但實際測試使用信號發(fā)生器代替ADF4350。ADL5387使用兩個雙平衡混頻器，一個用于I通道，一個用于Q通道。提供給混頻器的LO使用2分頻正交分相器生成。這為I和Q通道提供了0°和90°信號。ADL5387在RF輸入至基帶I和Q輸出之間提供約4.5dB的轉(zhuǎn)換增益。

低通濾波器、基帶VGA和ADC驅(qū)動器低通濾波、基帶增益和ADC驅(qū)動器功能全部使用ADRF6510來實現(xiàn)。施加于ADRF6510的信號現(xiàn)在具有獨立的I和Q路徑，信號首先通過前置放大器放大，然后進行低通濾波，以抑制任何不需要的帶外信號和/或噪聲，最后通過VGA放大。

ADRF6510的每個通道可分為三個級：前置放大器可編程低通濾波器VGA和輸出驅(qū)動器通過GNSW引腳，前置放大器具有6dB或12dB的用戶可選增益。低通濾波器可通過SPI端口設(shè)置為1MHz至30MHz的轉(zhuǎn)折頻率，步進為1MHz。VGA具有50dB增益范圍，增益斜率為30mV/dB。VGA增益通過GAIN引腳控制，GNSW引腳被拉低時范圍可為0.5dB至+45dB，GNSW引腳被拉高時范圍可為+1dB至+51dB。輸出驅(qū)動器能夠?qū)?.5Vpp差分電壓驅(qū)動至1k負載內(nèi)，同時保持高于60dBc的HD2和HD3。

可施加于低通濾波器同時仍在ADRF6510內(nèi)保持可接受的HD電平的最大CW信號為2Vpp。如果存在較大帶外干擾源且可能造成ADL5387和/或ADRF6510的輸入過載，帶外干擾源(及所需的帶內(nèi)信號)可通過ADL5336VGA予以衰減。一旦帶外干擾源被ADRF6510的低通濾波器抑制，所需信號可使用XAMPVGA(緊隨ADRF6510的濾波器)放大。

ADRF6510發(fā)出的IQ信號可施加于適當?shù)哪?shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，例如AD9248。

測量結(jié)果4-QAM、5MSPS調(diào)制信號被施加于ADL5336的輸入。有關(guān)測試設(shè)置的更多信息，請參見“電路評估和測試”部分。

EVM衡量數(shù)字發(fā)射機或接收機的性能質(zhì)量，反映幅度和相位誤差所導致的實際星座點與理想位置的偏差。如圖2所示。

圖2.EVM圖

圖3顯示了系統(tǒng)EVM與ADL5336輸入功率的關(guān)系，VGA上的最大增益針對VGA1和VGA2分別設(shè)置為15.2dB和19.5dB。

測試了數(shù)個AGC設(shè)定點組合。圖4也是系統(tǒng)EVM與ADL5336輸入功率的關(guān)系；不過VGA的增益分別設(shè)置為9.7dB和13.4dB。測試了相同的AGC設(shè)定點組合。圖3.系統(tǒng)EVM，數(shù)字VGA增益=11圖4.系統(tǒng)EVM，數(shù)字VGA增益=00

圖3和圖4說明，施加于ADRF6510的信號電平必須保持足夠低以免壓縮輸入級和/或濾波器。在最高AGC設(shè)定點(500mVrms和707mVrms)，ADL5387IQ解調(diào)器的輸入開始壓縮并給EVM造成額外下降。當AGC設(shè)定點位于最低點(88mVrms)時，可實現(xiàn)最佳EVM。當設(shè)定點為250mVrms時，EVM已經(jīng)開始下降。

圖5比較了ADL5336VGA上的最小和最大數(shù)字增益設(shè)置(VGA均設(shè)置為增益代碼11或增益代碼00)間的EVM，此時VGA1和VGA2設(shè)定點分別為250mVrms和88mVrms。

圖5.系統(tǒng)EVM，VGA1設(shè)定點=250MVRMS，VGA2設(shè)定點=88MVRMS

對于給定AGC設(shè)定點，當最大增益代碼為11時，從VGA2至VGA1的切換在VGA2超出增益范圍后發(fā)生；因此，施加于ADRF6510的信號電平繼續(xù)增加(同時EVM下降)，直至VGA1到達設(shè)定點。一旦VGA1到達設(shè)定點，EVM再次變平；因此施加于ADRF6510的信號電平在大約5dBm的輸入功率下不會變化，除非VGA1超出增益范圍。當最大增益代碼設(shè)置為00時，VGA均可提供更多衰減，因此允許VGA2偏移動態(tài)范圍，以免在輸入功率低至與最大增益代碼為11時相同的情況下到達設(shè)定點。這樣VGA2可在較高輸入功率下保持在設(shè)定點，使VGA2至VGA1的切換可發(fā)生在VGA2超出增益范圍之前。這樣就能確保施加于ADRF6510的信號電平保持在恒定值，直至到達輸入功率范圍最高點。

圖6比較了ADL5336VGA上的最小和最大數(shù)字增益設(shè)置(VGA均設(shè)置為增益代碼11或增益代碼00)間的EVM；不過VGA1和VGA2設(shè)定點分別為707mVrms和88mVrms。圖6.系統(tǒng)EVM，VGA1設(shè)定點=707MVRMS，VGA2設(shè)定點=88MVRMS

圖6中的動態(tài)特性與圖5相同，只不過更為夸張。當最大增益代碼為00時，VGA2在約-40dBm的輸入功率下到達設(shè)定點。其保持設(shè)定點至約-10dBm，此時VGA1尚未到達707mVrms的設(shè)定點。除非輸入功率約為0dBm，并且EVM開始略微變平，否則VGA1不會到達設(shè)定點。當最大增益設(shè)置為11時，相同情況再次發(fā)生；不過，VGA2僅保持設(shè)定點至大約-20dBm，因為再無更多增益可用于獲得規(guī)定的設(shè)定點。常見變化系統(tǒng)和頻率合成器為ADL5387提供2XLO的信號發(fā)生器可被寬帶頻率合成器取代，例如ADF4350，該器件集成了VCO。ADF4350屬于一個頻率合成器系列，該系列具有135MHz至4350MHz的寬頻率范圍，且具有變化的相位噪聲和輸出功率指標，因此很容易找到符合應(yīng)用所需規(guī)格的器件。

系統(tǒng)和ADC為系統(tǒng)添加ADC以對ADRF6510的I和Q信號進行采樣正是完善模擬信號鏈自然演化的結(jié)果。雙通道ADC，例如AD9248，提供14位分辨率，且采用20MSPS、40MSPS或65MSPS采樣速率。建議在ADRF6510和AD9248的輸出之間放置抗混疊濾波器?？够殳B濾波器設(shè)計示例請參考ADRF6510數(shù)據(jù)手冊。

ADRF6510輸出共模電壓考慮因素ADRF6510輸出共模電壓可在1.5V至3.0V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，且不會損失驅(qū)動能力。許多現(xiàn)代ADC的輸入共模電壓小于1.5V。將VOCM引腳驅(qū)動至小于1.5V的輸出共模電壓使ADRF6510的失真性能開始下降；但器件在小于1.5V的共模電平下仍可工作。為了保持失真性能，可能需要直流電平轉(zhuǎn)換電路，或者可使用具有較低共模電壓的集成式濾波器和VGA器件，例如ADRF6516。

電路評估與測試需要/使用的設(shè)備信號發(fā)生器包括：AgilentE4438CvectorsignalgeneratorAgilentE4438C矢量信號發(fā)生器基帶信號捕獲器件有AgilentDSO90604A示波器EVM運算器件包括：Agilent89600VSA軟件運行WindowsXP的PC，通過USB電纜連接到示波器電源包括：±5V電源除AD8130電路板需要±5V外，所有電路板均需要+5V評估板包括：ADL5336-EVALZ(需要一個)ADL5387-EVALZ(需要一個)ADRF6510-EVALZ(需要一個)AD8130-EBZ(需要兩個)開始使用要使用ADL5336和ADRF6510，需要評估軟件來控制每個器件的各個方面。此軟件可在工具、軟件和仿真模型鏈接中的各個產(chǎn)品網(wǎng)頁上找到。

下載和安裝軟件后，將USB電纜從電腦連接到評估板，然后針對需要控制的器件運行軟件。

功能框圖圖7顯示了用于測試接收鏈的測試設(shè)置的功能框圖。ADL5336評估板僅允許單端輸入和輸出。ADL5387板上的RF輸入也是如此。矢量信號發(fā)生器上的RF輸出端口僅為單端；因此，發(fā)生器與ADL5336的輸入之間需要巴倫。如圖7所示，直至AD8130差動放大器的其余信號路徑均為差分。由于示波器僅允許對單端信號進行采樣，同時受VSA軟件控制，因此需要差分轉(zhuǎn)單端轉(zhuǎn)換。

設(shè)置與測試接收機測試設(shè)置的第一步是開啟所有測試設(shè)備。測試設(shè)備預(yù)熱時，電路板必須正確配置以便在信號鏈內(nèi)正常使用。

在ADL5336上，應(yīng)確保安裝0w跳線電阻，將VGA1輸出連接到VGA2輸入。

在ADL5387電路板上，旁路輸出巴倫以在ADL5387和ADRF6510之間構(gòu)建完整的差分、直流耦合信號路徑。在ADRF6510電路板上，執(zhí)行下列操作：旁路輸入和輸出巴倫在輸出信號線路上放置1k差分輸出負載(每個輸出路徑上放置兩個接地的500電阻就足夠了)用1μF電容取代普通COFS電容。圖7.測試直接變頻接收機的功能框圖

收集評估板并將所有信號路徑連接在一起，如圖7所示。將所有電路板連接到+5V，同時將兩個AD8130板連接到-5V。請確保電源電流與期望值一致。如圖7所示，完成下列連接：將矢量信號發(fā)生器的單端、50輸出連接到ADL5336評估板的INPUT1。將AD8130的I信號路徑輸出連接到示波器上的輸入1，并將AD8130的Q信號路徑輸出連接到示波器的輸入3。將USB電纜從PC連接到示波器。將信號發(fā)生器的RF端口連接到ADL5387評估板的LO輸入。在AgilentE4438C信號發(fā)生器上，執(zhí)行下列操作：將頻率設(shè)置為400MHz將幅度設(shè)置為0dBm接通RF端口在AgilentE4438C矢量信號發(fā)生器上，執(zhí)行下列操作：將RF載波頻率設(shè)置為200MHz接通RF端口接通R