变频无线发射机系统电路设计详解 —电路图天天读（188）

　　电路为宽带直接变频发射机模拟部分的完整实施方案（模拟基带输入、RF输出）。通过使用锁相环（PLL）和宽带集成电压控制振荡器（VCO），本电路支持500MHz至4.4GHz范围内的RF频率。PLL中的本振（LO）执行谐波滤波，确保提供出色的正交精度、边带抑制和低误差矢量幅度（EVM）。低噪声、低压差调节器（LDO）确保电源管理方案对相位噪声和EVM没有不利影响。这种器件组合可以提供500MHz至4.4GHz频率范围内业界领先的直接变频发射机性能。

　　

　　图1：直接变频发射机（原理示意图：未显示所有连接和去耦）。

　　

　　图2:CN-0285直接变频发射机评估板。

　　电路描述

　　图1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL ICADF4351和宽带发射调制器ADL5375.ADF4351向发射正交调制器ADL5375提供LO信号，后者将模拟I/Q信号上变频为RF信号。两个器件共同提供宽带基带I/Q至RF发射解决方案。ADF4351采用超低噪声3.3VADP150调节器供电，以实现最佳LO相位噪声性能。 ADL5375则采用5VADP3334LDO供电。ADP150 LDO的输出电压噪声仅为9μVrms，有助于优化VCO相位噪声并减少VCO推压的影响（等效于电源抑制）。

　　需要对ADF4351 RF输出进行滤波，以衰减谐波水平，使ADL5375正交产生模块的误差最小。依据测量和仿真得知，奇次谐波对正交误差的贡献大于偶次谐波；如果将奇次谐波衰减至？30dBc以下，则可以实现？40dBc或更好的边带抑制性能。ADF4351数据手册给出了其二次谐波（2H）和三次谐波（3H）水平，如表 1所示。为使三次谐波低于-30dBc，大约需要衰减20dB.

　　

　　表1:ADF4351 RF输出谐波水平（未经滤波）。

　　本电路提供四种不同的滤波器选项，以适应四个不同的频段。这些滤波器设计采用100Ω差分输入（ADF4351 RF输出经适当匹配）以及50Ω差分输出（ADL5375 LOIN差分阻抗）。并采用切比雪夫响应，以获得最佳滤波器滚降，但通道纹波会增多。滤波器原理图如图3所示。这种拓扑结构十分灵活，既可以使用全差分滤波器，使器件数量最少，也可以对各路输出使用一个单端滤波器，或者综合运用以上二者。我们发现，对于较高频率（》2GHz），两个单端滤波器的串联电感值是全差分滤波器电感值的两倍，因而器件寄生效应的影响得以减小，可提供最佳性能。对于较低频率（《2GHz），全差分滤波器足以满足需要。

　　图3:ADF4351 RF输出滤波器原理图。

　　ADF4351输出匹配包括ZBIAS上拉电阻，电源节点的去耦电容也起到一定的作用。为实现宽带匹配，建议使用阻性负载（ZBIAS=50Ω），或者将一个阻性负载与ZBIAS的电抗性负载并联。后者提供的输出功率稍高，具体取决于所选的电感。

　　可以将并联电阻作为差分元件（即100Ω）放置在C1c位置上，以最大程度减少电路板占位空间（见表2中的B型滤波器）。将滤波器设计成截止频率约为目标频段中最高频率的1.2至1.5倍。该截止频率允许设计留有一定余量，因为通常截止频率会由于寄生效应而低于设计值。印刷电路板（PCB）寄生效应可以在电磁（EM）仿真工具中进行仿真，以提高精度。

　　

　　表2:ADF4351 RF输出滤波器元件值（DNI=不插入）。

　　从表2可以看出，在1250MHz以下的较低频率时，需要一个五阶滤波器。对于1.25GHz至2.8GHz的频率，三阶滤波器便足够。对于2.8GHz以上的频率，由于此时谐波水平非常低，足以满足边带抑制要求，因此无需滤波。

　　

　　图4:B型滤波器的边带抑制（850MHz至2450MHz）。

　　

　　图5:EVM图。

　　对于使用B型滤波器（800MHz至2，400MHz）的电路，其边带抑制性能与频率的关系如图4所示。此次扫描的测试条件如下：基带I/Q幅度=1Vp-p差分正弦波与500mV（ADL5375-05）直流偏置正交。基带I/Q频率（fBB）=1MHz.EVM衡量数字发射机或接收机的性能质量，反映幅度和相位误差所导致的实际星座点与理想位置的偏差（见图5）。表3给出了有滤波器和无滤波器两种情况下的EVM测量结果。本例中，基带I/Q信号是利用3GPP测试模型4，使用Rhode & Schwarz AMIQ I/Q调制发生器，通过差分I和Q模拟输出产生。

　　

　　表3：单载波W-CDMA复合EVM结果：ADF4351 RF输出端有滤波器和无滤波器两种情况对比（根据3GPP规范测试模型4测量）。

　　另外还使用了B型滤波器。图6为EVM测试设置的框图。为了进行比较，还测量了 ADF4350.ADF4351由于带内PLL噪声性能改善产生较低的EVM可参见表3.其他改善EVM的因素有：ADF4351较低的鉴频鉴相器（PFD）杂散水平。

　　

　　图6:EVM测量设置（原理示意图）。

　　以差分方式驱动ADL5375 LO输入，除了可以改善边带抑制和EVM之外，还具有性能优势。与单端LO驱动相比，这一优势提高了调制器输出OIP2性能2dB至5dB.请注意，多数外部VCO仅提供单端输出，因此ADF4351采用差分输出优于使用外部VCO.图7显示使用850MHz至2450MHz滤波器（B型滤波器）的边带抑制结果。

　　

　　图7:850MHz至2450MHz、B型滤波器的边带抑制结果。

　　常见变化

　　当单个滤波器无法完成所需的宽带操作时，可以使用ADF4351的辅助输出，在两种类型的滤波器之间切换（见图8）。使用一个RF双刀四掷开关（DP4T）选择滤波器1或滤波器2的差分输出。

　　

　　图8：利用ADF4351的主输出和辅助输出实现滤波器切换的应用图。

　　电路评估与测试

　　EVAL-CN0285-EB1Z评估板包含CN-0285中描述的电路，可以快速完成设置并评估电路性能。EVAL-CN0285-EB1Z板的控制软件使用标准ADF4351编程软件，该软件包含在评估板附带的光盘上。