借助差分接口改善射頻收發(fā)器設(shè)計(jì)性能

　　簡(jiǎn)介

　　傳統(tǒng)收發(fā)器設(shè)計(jì)中，50 Ω單端接口廣泛用于射頻和中頻電路。當(dāng)電路進(jìn)行互連時(shí)，應(yīng)全部具有匹配的50 Ω輸出和輸入阻抗。然而在現(xiàn)代收發(fā)器設(shè)計(jì)中，差分接口常用在中頻電路中以獲得更好的性能，但實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師需要處理幾個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，包括阻抗匹配、共模電壓匹配以及復(fù)雜的增益計(jì)算。了解發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中的差分電路對(duì)優(yōu)化增益匹配和系統(tǒng)性能很有幫助。

　　差分接口優(yōu)勢(shì)

　　差分接口有三大主要優(yōu)勢(shì)。首先，差分接口可抑制外部干擾和接地噪聲。其次，它可以抑制偶次階輸出失真。這對(duì)于零中頻(ZIF)接收機(jī)非常重要，因?yàn)槌霈F(xiàn)在低頻信號(hào)中的偶次階成分無(wú)法濾除。第三，輸出電壓可達(dá)到單端輸出的兩倍，從而將給定電源上的輸出線性度提高6 dB。

　　本文論述三種情況下的接口解決方案：ZIF接收機(jī)、超外差式接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。這三種架構(gòu)廣泛用于射頻拉遠(yuǎn)單元(RRU)、數(shù)字直放站和其他無(wú)線測(cè)試儀器中。

　　ZIF接收機(jī)接口設(shè)計(jì)和增益計(jì)算

　　在零中頻(ZIF)接收機(jī)設(shè)計(jì)中，IF信號(hào)是復(fù)信號(hào)，直流和低頻率信號(hào)來(lái)提供有用信息。典型解調(diào)器在驅(qū)動(dòng)200 Ω至450 Ω負(fù)載時(shí)可提供最佳性能，同時(shí)ADC驅(qū)動(dòng)器的輸入阻抗一般并非50 Ω，因此設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)采用直流耦合很重要也很困難。

　　圖1顯示了一個(gè)ZIF接收機(jī)配置，它使用兩個(gè)低噪聲放大器(LNA) ADL5523 一個(gè)400MHz至6000MHz正交I/Q解調(diào)器ADL5380、一個(gè)作為本振(LO)的寬帶頻率合成器ADF4350以及一個(gè)雙通道數(shù)字可編程可變?cè)鲆娣糯笃?VGA)AD8366。表1顯示了相關(guān)ADL5380接口和增益參數(shù)。

　　圖1. ZIF接收機(jī)框圖

　　表1.ADL5380接口和增益參數(shù)

　　與具有217 Ω差分輸入阻抗的AD8366接口時(shí)，ADL5380具有5.9 dB電壓增益和–0.5 dB功率增益[5.9 dB – 10log (217/50)]。為獲得最佳性能，將ADL5380 ADJ引腳連接至VS，使ADL5380與AD8366間的共模電壓設(shè)置為2.5 V。在ADL5380與AD8366間放置具有0.5 dB插入損耗的差分四階巴特沃茲低通濾波器，以便抑制噪聲和高頻干擾成分。雖然濾波器會(huì)輸入和輸出阻抗并不匹配，但在基帶頻率下這些不匹配是可以忽略的。

　　表2.AD8366接口和增益參數(shù)

　　AD8366的共模輸出電壓可設(shè)置為2.5 V;當(dāng)VCM保持浮空時(shí)其線性度最佳。遺憾的是，AD6642在0.9 V共模輸入電壓(0.5 × AVDD)下具有最佳性能。由于AD8366的共模輸出電壓必須介于1.6 V與3 V之間，因此AD6642 VCM和AD8366 VCM引腳無(wú)法直接連接，必須使用電阻將AD8366共模輸出電壓分壓至0.9 V。

　　為獲得最佳性能，AD8366應(yīng)驅(qū)動(dòng)200Ω載。要實(shí)現(xiàn)所需的共模電平和阻抗匹配，可在AD8366后添加63 Ω串聯(lián)電阻和39 Ω并聯(lián)電阻。這一電阻網(wǎng)絡(luò)將使信號(hào)功率衰減4 dB。

　　AD8366的輸出擺幅可達(dá)6 V p-p，但電阻網(wǎng)絡(luò)提供的4 dB衰減使AD6642得到的電壓限于2.3 V p-p，避免了較大干擾尖峰或增益的失控對(duì)ADC帶來(lái)?yè)p害。

　　在AD8366與AD6642間放置具有1.5 dB插入損耗的差分六階巴特沃茲低通濾波器，可以濾除高頻干擾成分。I或者Q通道的完整差分接口如圖2所示。

　　圖2.ZIF接收機(jī)接口框圖和仿真濾波器特性