優(yōu)化超寬帶直接轉換接收器的性能

　　引言

　　零中頻 (Zero-IF) 接收器并不是什么新事物;其被人們所大量使用已經(jīng)有些時(shí)日了，蜂窩手機便是它的重要應用領(lǐng)域。然而，其在諸如無(wú)線(xiàn)基站的高性能接收器中的使用卻少有成功的案例。這主要是因為它們的動(dòng)態(tài)范圍有限，而且也不太為人們所了解。一款新型寬帶寬零中頻 I/Q 解調器有助于緩解主用接收器及 DPD (數字預失真) 接收器在動(dòng)態(tài)范圍和帶寬方面的不足，并使 4G 基站能夠以具成本效益的方式滿(mǎn)足移動(dòng)接入不斷增長(cháng)的帶寬需求。本文討論的主題是：如何盡量抑制造成零中頻接收器動(dòng)態(tài)范圍縮小的 IM2 非線(xiàn)性及 DC 偏移來(lái)實(shí)現性能的優(yōu)化，從而為棘手的設計提供一種可行的替代方案。

　　推進(jìn)帶寬的不斷擴大

　　直到最近，大多數基站只需要處理一個(gè) 20MHz 寬的通道帶寬 (通常被分配給不同的無(wú)線(xiàn)載波)。與此 20MHz 通道相關(guān)聯(lián)的是一個(gè)配套的 100MHz 帶寬 DPD 接收器，用于測量高達 5 階的互調失真寄生信號，以提供有效的失真抵消作用。這些要求通?？衫酶?IF (外差) 接收器有效地予以滿(mǎn)足。然而，隨著(zhù)業(yè)界日益迫切地希望基站支持整個(gè) 60MHz 頻段的運作，此類(lèi)設計的難度如今大為增加。對于整個(gè)無(wú)線(xiàn)制造、安裝和部署商業(yè)模型而言，完成這項偉大的工程在節省成本方面具有重大的意義。

　　為了適應三倍的帶寬，DPD 接收器的帶寬也必須從 100MHz 增加至 300MHz。在 75MHz 頻段中，DPD 帶寬增至驚人的 375MHz。設計能夠支持這種帶寬的接收器可不是一項微不足道的工作。噪聲會(huì )由于帶寬的擴展而增加，增益平坦度變得更加難以實(shí)現，而且所需的 A/D 轉換器采樣速率大幅度增加。此外，帶寬如此之高的組件其成本也高得多。

　　傳統高 IF 接收器所具備的中等帶寬不再足以支持具有 ±0.5dB 典型增益平坦度的 300MHz 或更高頻率的 DPD 信號。300MHz 的基帶帶寬將需要選擇一個(gè)最小 150MHz 的 IF 頻率。要想找到一款采樣速率可超過(guò) 600Msps、同時(shí)具合理價(jià)格的 A/D 轉換器 (即使是 12 位分辨率) 絕非輕而易舉。用戶(hù)可能被迫采取折衷方案而去使用一款 10 位轉換器。

　　新型 I/Q 解調器放寬了帶寬限制條件

　　凌力爾特的 LTC5585 I/Q 解調器專(zhuān)為支持直接轉換而設計，因而允許接收器將上述 300MHz 寬 RF 信號直接解調至基帶 (見(jiàn)邊注：零中頻接收器的工作原理)。I 和 Q 輸出被解調為一個(gè) 150MHz 帶寬信號，僅為高 IF 接收器帶寬的一半。為了獲得一個(gè) ±0.5dB 的通帶增益平坦度，器件的 -3dB 轉角頻率必須擴展至遠遠高于 500MHz。

　　LTC5585 利用一個(gè)可調諧的基帶輸出級支持這一寬帶寬。差分 I 和 Q 輸出端口具有一個(gè)至 VCC 并與約 6pF 的濾波器電容相并聯(lián)的 100Ω 上拉電阻器 (見(jiàn)圖 1)。這個(gè)簡(jiǎn)單的 RC 網(wǎng)絡(luò )允許形成一個(gè)片外低通或帶通濾波器網(wǎng)絡(luò ) (以消除高電平帶外阻斷器)，并實(shí)現位于解調器之后的基帶放大器鏈路之增益滾降的均衡。在外部 100Ω 上拉電阻器之外再采用一個(gè) 100Ω 差分輸出負載電阻，-3dB 帶寬可達到 840MHz。

　　圖 1：用于帶寬擴展的基帶輸出等效電路 (采用 L = 18nH 和 C = 4.7pF)

　　基帶帶寬擴展

　　可以采用單個(gè) L-C 濾波器節以擴展基帶輸出的帶寬。圖 1 示出了具基帶帶寬擴展功能的芯片基帶等效電路。當具有 200Ω 負載時(shí)，采用一個(gè) 18nH 的串聯(lián)電感和一個(gè) 4.7pF 的并聯(lián)電容可將 -0.5dB 帶寬從 250MHz 擴展至 630MHz。圖 2 示出了不同負載條件下可能產(chǎn)生的輸出響應種類(lèi)。其中一種響應是在采用 200Ω 和 10kΩ 差分負載電阻條件下獲得的。對于 10kΩ 負載，采用一個(gè) 47nH 串聯(lián)電感和一個(gè) 4.7pF 并聯(lián)電容可把 -0.5dB 帶寬從 150MHz 擴展至 360MHz。

　　圖 2：轉換增益與基帶頻率的關(guān)系曲線(xiàn) (采用差分負載電阻和 L-C 帶寬擴展)