基于IQ解調(diào)器中頻至基帶接收機(jī)

電路功能與優(yōu)勢(shì)

該電路是靈活的頻率捷變中頻至基帶接收機(jī)。中頻和基帶上的可變?cè)鲆嬗糜谡{(diào)整信號(hào)電平。 ADRF6510 基帶ADC驅(qū)動(dòng)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(hào)帶寬變化而動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)。這樣可以確保由本電路驅(qū)動(dòng)的ADC的可用動(dòng)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(duì)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(jí)間需要直流耦合，相鄰級(jí)的偏置電平彼此兼容。

圖1. 直接變頻接收機(jī)原理示意圖(所有連接和去耦均未顯示)

電路描述

接收機(jī)架構(gòu)

本電路筆記中描述了接收機(jī)的直接變頻(也稱(chēng)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(jī)相比，直接變頻無(wú)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(shì)如下：

降低接收機(jī)復(fù)雜性，減少所需級(jí)數(shù);提高性能和降低功耗

避免鏡像抑制問(wèn)題和不需要的混頻產(chǎn)物;只需要基帶上的一個(gè)LPF

高靈敏度(相鄰?fù)ǖ酪种票萚ACRR])

圖1顯示了該系統(tǒng)的基本原理示意圖，包括集成自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路的級(jí)聯(lián)中頻可變?cè)鲆娣糯笃?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(jiàn)，并不包括在系統(tǒng)級(jí)測(cè)量中(有關(guān)這些器件的詳情請(qǐng)參見(jiàn)“常見(jiàn)變化”部分)。

理想情況下，第一級(jí)的輸入和最后級(jí)的輸出應(yīng)設(shè)置系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍(信噪比)。實(shí)際上，情況可能并非如此。在正交解調(diào)器之前放置級(jí)聯(lián)VGA不僅會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)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(jí)的噪聲系數(shù)通過(guò)初始VGA的增益進(jìn)行分頻處理。提供VGA (相對(duì)于僅提供固定增益放大器)的另一優(yōu)點(diǎn)是AGC環(huán)路可經(jīng)設(shè)計(jì)以調(diào)平正交解調(diào)器的輸入信號(hào)。這一限制施加于正交解調(diào)器和任何后續(xù)級(jí)的信號(hào)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(guò) ADL5336來(lái)實(shí)現(xiàn)。它具有兩個(gè)可級(jí)聯(lián)VGA，每個(gè)VGA具有24 dB的模擬動(dòng)態(tài)范圍，并且可以通過(guò)SPI端口以數(shù)字方式改變每個(gè)VGA上的最大增益。

為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)平AGC功能，每個(gè) ADL5336 VGA具有平方律檢波器，通過(guò)可編程衰減器連接到輸出。檢波器將衰減器的輸出與63 mV rms的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果衰減器輸出與63 mV rms基準(zhǔn)電壓間有差異，誤差電流便會(huì)產(chǎn)生并集成到CAGC電容內(nèi)。AGC環(huán)路通過(guò)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(fù)VGA增益斜率。

每個(gè) ADL5336 VGA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(diǎn)。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(hào)不在噪底內(nèi))。

IQ解調(diào)器

信號(hào)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(hào)(參見(jiàn)“常見(jiàn)變化”部分);但實(shí)際測(cè)試使用信號(hào)發(fā)生器代替 ADF4350 。

ADL5387 使用兩個(gè)雙平衡混頻器，一個(gè)用于I通道，一個(gè)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(hào)。 ADL5387在RF輸入至基帶I和Q輸出之間提供約4.5 dB的轉(zhuǎn)換增益。

低通濾波器、基帶VGA和ADC驅(qū)動(dòng)器

低通濾波、基帶增益和ADC驅(qū)動(dòng)器功能全部使用 ADRF6510來(lái)實(shí)現(xiàn)。施加于 ADRF6510 的信號(hào)現(xiàn)在具有獨(dú)立的I和Q路徑，信號(hào)首先通過(guò)前置放大器放大，然后進(jìn)行低通濾波，以抑制任何不需要的帶外信號(hào)和/或噪聲，最后通過(guò)VGA放大。

ADRF6510 的每個(gè)通道可分為三個(gè)級(jí)：

前置放大器

可編程低通濾波器

VGA和輸出驅(qū)動(dòng)器

通過(guò)GNSW引腳，前置放大器具有6dB或12dB的用戶(hù)可選增益。低通濾波器可通過(guò)SPI端口設(shè)置為1MHz至30MHz的轉(zhuǎn)折頻率，步進(jìn)為1MHz。VGA具有50dB增益范圍，增益斜率為30mV/dB。VGA增益通過(guò)GAIN引腳控制，GNSW引腳被拉低時(shí)范圍可為0.5dB至+45dB，GNSW引腳被拉高時(shí)范圍可為+1dB至+51dB。輸出驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)?.5Vpp差分電壓驅(qū)動(dòng)至1k負(fù)載內(nèi)，同時(shí)保持高于60dBc的HD2和HD3。

可施加于低通濾波器同時(shí)仍在 ADRF6510內(nèi)保持可接受的HD電平的最大CW信號(hào)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(guò)載，帶外干擾源(及所需的帶內(nèi)信號(hào))可通過(guò) 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(hào)可使用XAMPVGA(緊隨 ADRF6510的濾波器)放大。

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

測(cè)量結(jié)果

4-QAM、5 MSPS調(diào)制信號(hào)被施加于ADL5336的輸入。有關(guān)測(cè)試設(shè)置的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)“電路評(píng)估和測(cè)試”部分。

EVM衡量數(shù)字發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的性能質(zhì)量，反映幅度和相位誤差所導(dǎo)致的實(shí)際星座點(diǎn)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(duì)VGA1和VGA2分別設(shè)置為15.2dB和19.5dB。

測(cè)試了數(shù)個(gè)AGC設(shè)定點(diǎn)組合。圖4也是系統(tǒng)EVM與ADL5336輸入功率的關(guān)系;不過(guò)VGA的增益分別設(shè)置為9.7dB和13.4dB。測(cè)試了相同的AGC設(shè)定點(diǎn)組合。

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