1455A演示电路：LTC5598高线性度直接正交调制器快速上手

在无线通信技术飞速发展的今天，高线性度直接正交调制器在各类无线应用中扮演着至关重要的角色。本文将围绕演示电路1455A，详细介绍其核心器件LTC5598的特性、性能参数、应用注意事项以及测试方法。

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一、LTC5598概述

演示电路1455A采用了LTC5598高线性度直接正交调制器，该调制器专为高性能无线应用设计，涵盖无线基础设施等领域。它允许使用差分基带I和Q信号直接调制RF信号，支持点对点微波链路、GSM、EDGE、CDMA、700MHz频段LTE、CDMA2000、CATV应用等多种系统。此外，通过向I和Q输入施加90°相移信号，它还可配置为镜像抑制上变频混频器。

LTC5598的I/Q基带输入由电压 - 电流转换器组成，这些转换器驱动双平衡混频器。混频器的输出相加后送至缓冲器，将差分混频器信号转换为50Ω单端缓冲RF输出。四个平衡的I和Q基带输入端口用于从共模电压约为0.5V的源进行直流耦合。LO路径包括一个具有单端或差分输入的LO缓冲器，以及为混频器产生LO驱动的精密正交发生器。其电源电压范围为4.5V至5.25V，电流约为165mA。

二、典型性能参数

2.1 电源相关参数

• 电源电压：4.5V至5.25V。
• 电源电流：当EN为高电平时，I CC1 + I CC2 约为165mA；当EN为低电平时，睡眠电流I CC1 + I CC2 为240µA。

2.2 基带相关参数

• 基带带宽：-3dB带宽大于400MHz。
• 基带输入电流：单端为 -68µA。
• 基带输入电阻：单端为 -7.4kΩ。
• 基带直流共模电压：外部施加0.5V。
• 基带幅度摆幅：单端无硬削波时为0.86V PP 。

2.3 LO和RF相关参数

• LO输入频率范围：标准演示板，S 11, ON < -10dB时，为80MHz至1300MHz。
• LO输入功率范围：差分输入为 -10至20dBm，单端输入为 -10至12dBm。
• RF输出频率范围：5至1600MHz。

2.4 不同LO频率下的性能

LO频率	转换电压增益	绝对输出功率	输出1dB压缩点	输出2阶截点	输出3阶截点	RF输出噪声底	镜像抑制	LO馈通
140MHz	-2dB	2dBm	8.5dBm	74dBm	27.7dBm	-161.2dBm/Hz	-50.4dBc	-55dBm
450MHz	-2.1dB	1.9dBm	8.4dBm	72dBm	25.5dBm	-160.9dBm/Hz	-55dBc	-51dBm
900MHz	-2dB	2dBm	8.5dBm	69dBm	22.9dBm	-160.3dBm/Hz	-54dBc	-48dBm

三、应用注意事项

3.1 绝对最大额定值

需注意，超过绝对最大额定值的应力可能会对器件造成永久性损坏，长时间暴露在任何绝对最大额定值条件下可能会影响器件的可靠性和寿命。具体参数如下：

• 电源电压：5.6V
• BBPI、BBMI、BBPQ、BBMQ的共模电平：0.6V
• LOP、LOM输入：20dBm
• 任何引脚电压：-0.3V至V CC + 0.3V
• 最大结温：150°C
• 工作温度范围：-40°C至85°C
• 存储温度范围：-65°C至150°C

3.2 电源考虑

在演示电路1455A中，电阻R1和R2可降低电源旁路电容C1和C4的充电电流，并减少在连接电感电缆到V CC 和GND时快速上电期间的电源振铃。当LTC5598 IC启用时，R1和R2上的电压降约为0.15V。如果使用的电源上电速度慢于10V/µs且输出过冲限制在5.6V以下，则可以省略R1和R2。

3.3 使能接口

演示电路1455A中的EN输入控制LTC5598 IC的操作。当施加2V或更高电压时，IC开启；当输入电压降至1V以下时，IC关闭并进入睡眠模式。如果EN输入未连接，LTC5598的125kΩ片上上拉电阻可确保IC启用。施加到EN输入的电压绝不能超过V CC 0.3V，否则可能会对IC造成永久性损坏。

3.4 基带输入接口

演示电路1455A有两个高阻抗差分输入通道，可施加外部I和Q基带信号。BBPI和BBMI是差分I通道基带输入，BBPQ和BBMQ是差分Q通道基带输入。由于LTC5598基带输入的单端阻抗为 -7.4kΩ，因此保持源电阻足够低，以确保在从DC到500MHz的整个基带频率范围内并联值为正非常重要。此外，必须向基带输入外部施加0.5V（最大0.6V）的共模电压，且基带输入不能悬空，以免损坏LTC5598 IC。

3.5 LO输入接口

标准演示电路1455A可接受单端或差分LO输入。如果使用单端LO输入，应将LO信号施加到LOP端口，LOM端口应端接50Ω。在大多数情况下，单端LO驱动就足够了，但差分LO驱动可以将大信号输出噪声底降低几个dB。演示电路1455A的LO输入针对最大带宽进行了优化，在80MHz至1300MHz范围内输入回波损耗优于10dB。可使用不同的LO匹配组件值来改善工作频率范围低端和高端的阻抗匹配。

3.6 RF输出接口

LTC5598的RF输出为单端，在整个工作频率范围内内部匹配到50Ω，无需外部匹配。演示电路的RF输出端安装了一个10nF的串联电容，为外部负载提供直流隔离。

四、测试设备与设置

由于LTC5598是一款高线性度直接正交调制器IC，其输出2阶和3阶截点非常高，因此其性能测量的准确性高度依赖于设备设置和测量技术。以下是一些建议：

1. 使用低谐波输出的高性能信号发生器，否则在信号发生器输出端使用滤波器抑制高阶谐波。第三LO谐波应低于 -60dBc，以保持最佳镜像抑制。
2. 连接基带信号源到演示电路基带输入的电缆应在高达500MHz的整个基带频率范围内提供良好的匹配，建议使用高质量同轴电缆。
3. 如有可能，在演示电路的LO输入和RF输出端口使用具有良好VSWR的小衰减器垫，以改善源和负载匹配，减少反射，从而提高测量准确性。
4. 在频谱分析仪上使用窄分辨率带宽（RBW）并启用视频平均，以降低显示的平均噪声电平（DANL），提高灵敏度和动态范围，但会增加扫描时间。
5. 频谱分析仪过载时会产生显著的内部失真产物。通常，频谱分析仪在其输入滤波器或预选器处约 -30dBm至 -40dBm的输入功率下性能最佳。应使用足够的频谱分析仪输入衰减以避免仪器饱和，但衰减过大也会降低灵敏度和动态范围。
6. 在进行测量之前，应评估系统性能，确保能够产生干净的输入信号，第三LO谐波低于 -60dBc，频谱分析仪的内部失真最小化，频谱分析仪具有足够的动态范围和灵敏度，并且系统在功率和频率方面进行了准确校准。

五、快速启动程序

5.1 开启演示电路

1. 在ESD安全工作区域内，从保护包装中取出演示电路。
2. 关闭直流电源、基带和LO信号源输出。
3. 在电源和信号源关闭的情况下，连接四个基带输入：BBPI、BBMI、BBPQ和BBMQ。
4. 开启基带信号源的直流偏置，缓慢将直流共模电压（V CMBB ）增加到0.5V，不超过0.6V。
5. 连接直流电源，缓慢将V CC 增加到5.15V，使用电压表验证LTC5598 V CC 引脚18和24处的电源电压为5V，必要时进行调整，不超过5.6V。
6. 验证总V CC 电源电流约为165mA，此时演示电路开启，可进行测量。
7. 关闭程序与开启程序相反，确保在移除V CMBB 之前移除V CC 。

5.2 回波损耗测量

1. 按照上述程序开启演示电路。
2. 配置网络分析仪进行回波损耗测量，设置适当的频率范围，并将测试信号设置为0dBm。
3. 校准网络分析仪。
4. 将50Ω终端连接到LOM输入。
5. 将网络分析仪测试电缆连接到LOP输入，测量单端LO输入回波损耗。
6. 将网络分析仪测试电缆连接到RF输出，测量RF输出回波损耗。

5.3 电压转换增益、输出1dB压缩点、镜像抑制和LO馈通测量

1. 按照上述程序开启演示电路。
2. 将RF输出连接到频谱分析仪。
3. 将50Ω终端连接到LOM输入。
4. 将LO源连接到LOP输入，并施加140MHz、0dBm的CW信号。
5. 设置基带信号源提供100kHz、0.8V PP 、差分的基带输入信号，I和Q通道应相移90°以选择下边带。
6. 在频谱分析仪上测量139.9MHz处的调制器RF输出。
7. 计算转换电压增益： [G{V}=20 cdot log left(V{RF, OUT, 50 Omega} / V_{IN, DIFF, I O R Q}right)]
8. 通过增加输入信号电平，直到转换电压增益下降1dB，测量输出1dB压缩点。
9. 在140.1MHz处测量镜像抑制。
10. 在140MHz处测量LO馈通。

5.4 输出2阶和3阶截点测量

1. 设置基带信号源提供2MHz和2.1MHz的双音基带输入信号，每个音调为0.5V PP 、差分，I和Q通道应相移90°以选择下边带。
2. 在频谱分析仪上测量调制器RF输出：
   • 双音RF输出信号位于137.9MHz和138MHz。
   • 2阶互调产物位于135.9MHz。
   • 3阶互调产物位于137.8MHz和138.1MHz。
3. 计算输出2阶和3阶截点： [OIP2 =2 cdot P{OUT }-P{IM 2}] [OIP3 =left(3 cdot P{OUT }-P{IM 3}right) / 2] 其中，P OUT 是137.9MHz或138MHz处两个RF输出信号的最低功率电平，P IM2 是135.9MHz处的2阶互调产物电平，P IM3 是137.8MHz或138.1MHz处最大的3阶互调产物电平，所有单位均为dBm。

或者，也可以使用所需输出信号和互调产物之间的功率差来计算输出截点： [OIP2 =Delta{IM 2}+P{OUT }] [OIP3 =left(Delta{IM 3}right) / 2+P{OUT }] 其中， (Delta{IM(2 OR 3)}=P{OUT }-P_{IM(2 OR 3)}) 。

综上所述，演示电路1455A为评估LTC5598的性能提供了一个便捷的平台。电子工程师在使用过程中，只要严格按照上述注意事项和测试方法进行操作，就能充分发挥LTC5598的性能优势。大家在实际应用中是否遇到过类似调制器的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。