用LO二分頻調制器的寬帶低誤差矢量幅度直接變頻發(fā)射機

連接/參考器件

ADF4351 集成VCO的小數N分頻PLL IC

ADL5385：寬帶發(fā)射調制器

ADP150：低噪聲3.3 V LDO

ADP3334：低噪聲可調LDO

評估和設計支持

電路評估板

ADF4351評估板(EVAL-ADF4351EB1Z)

ADL5385評估板(ADL5385-EVALZ)

設計和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢

本電路為寬帶直接變頻發(fā)射機模擬部分的完整實(shí)施方案(模擬基帶輸入、RF輸出)。通過(guò)使用鎖相環(huán)(PLL)和寬帶集成電壓控制振蕩器(VCO)，本電路支持30 MHz至2.2 GHz范圍內的RF頻率。與使用一分頻本地振蕩器(LO)級的調制器不同(如CN-0285中所述)，本電路無(wú)需進(jìn)行LO的諧波濾波。

獲得最佳性能的唯一要求，就是以差分方式驅動(dòng)調制器的LO輸入。ADF4351可提供差分RF輸出，因此極其適用于本電路。PLL轉調制器接口適用于所有集成2XLO分相器的I/Q調制器和I/Q解調器。低噪聲LDO確保電源管理方案對相位噪聲和誤差矢量幅度(EVM)沒(méi)有不利影響。這種器件組合可以提供30 MHz至2.2 GHz頻率范圍內業(yè)界領(lǐng)先的直接變頻發(fā)射機性能。對于2.2 GHz以上的頻率，則推薦使用一分頻調制器，如CN-0285所述。

圖1. 直接變頻發(fā)射機(原理示意圖：未顯示所有連接和去耦)

電路描述

圖1所示電路使用完全集成的小數N分頻PLL IC ADF4351和寬帶發(fā)射調制器ADL5385。ADF4351向發(fā)射正交調制器ADL5385提供本振(LO頻率為調制器RF輸出頻率的兩倍)信號，后者將模擬I/Q信號上變頻為RF信號。兩個(gè)器件共同提供寬帶基帶I/Q至RF發(fā)射解決方案。

ADF4351采用超低噪聲3.3 V ADP150調節器供電，以實(shí)現最佳LO相位噪聲性能。ADL5385則采用5 V ADP3334 LDO供電。ADP150 LDO的輸出電壓噪聲僅為9 μV rms(10 Hz至100 kHz積分)，有助于優(yōu)化VCO相位噪聲并減少VCO推壓的影響(等效于電源抑制)。有關(guān)使用ADP150 LDO對ADF4351供電的更多詳情，請參見(jiàn)CN-0147。

ADL5385采用二分頻模塊產(chǎn)生正交LO信號。因此，正交精度取決于輸入LO信號的占空比精度(以及內部分頻器觸發(fā)器的匹配)。上升和下降時(shí)間的任何不平衡都會(huì )導致偶數階諧波出現，影響ADF4351 RF的輸出。當以差分形式驅動(dòng)調制器LO輸入時(shí)，可以消除偶數階諧波，改善總體正交產(chǎn)生性能。(詳見(jiàn)“寬帶ADC前端設計考慮：何時(shí)使用雙變壓器配置。”作者：Rob Reeder和Ramya Ramachandran，模擬對話(huà)，40-07)

由于邊帶抑制性能取決于調制器的正交精度，相比單端方式，以差分方式驅動(dòng)LO輸入端口能獲得更佳的邊帶抑制。比起大部分集成VCO的競爭型PLL器件所采用的單端輸出，ADF4351可提供差分RF輸出。

ADF4351輸出匹配包括ZBIAS上拉電阻，電源節點(diǎn)的去耦電容也起到一定的作用。為實(shí)現寬帶匹配，建議使用阻性負載(ZBIAS = 50 Ω)，或者將一個(gè)阻性負載與ZBIAS的電抗性負載并聯(lián)。后者提供的輸出功率稍高，具體取決于所選的電感。對于1 GHz以下的LO工作頻率，則使用數值為19 nH或更高的電感。利用ZBIAS = 50 Ω可得出本電路的測量結果;輸出功率設置為5 dBm。使用50 Ω電阻時(shí)，此設置在全頻段范圍內的每輸出約為0 dBm;而使用差分輸入時(shí)為3 dBm。ADL5385 LO的輸入驅動(dòng)電平規格為−10 dBm至+5 dBm;因此，它能夠降低ADF4351的輸出功率，節省功耗。

邊帶抑制性能與RF輸出頻率的掃描關(guān)系圖如圖2所示。在該掃描圖中，測試條件如下：

· 基帶I/Q幅度 = 1.4 V p-p差分正弦波與500 mV直流偏置正交

· 基帶I/Q頻率(fBB) = 1 MHz

· LO = 2 × RFOUT

測試設置的簡(jiǎn)化框圖如圖3所示。由于標準ADL5385板不支持差分LO輸入驅動(dòng)，因此測試中使用了修改后的ADL5385評估板。

圖2. 邊帶抑制，RFOUT從30 MHz掃描至2200 MHz

圖3. 測量邊帶抑制的測試設置(原理示意圖)

相比數據手冊測量中利用低噪聲RF信號發(fā)生器驅動(dòng)ADL5385，本電路獲得了類(lèi)似的(甚至更佳的)邊帶抑制性能。利用ADF4351的差分RF輸出可消除偶數階諧波，并提升調制器的正交精度。這會(huì )影響邊帶抑制性能和EVM。對圖1所示電路的測量表明，該電路的單載波W-CDMA復合EVM優(yōu)于2%。因此，該電路為30 MHz至2.2 GHz的頻率提供了低EVM寬帶解決方案。對于2.2 GHz以上的頻率，可使用一分頻調制器模塊，如CN-0285所述。

常見(jiàn)變化

本文所述PLL轉調制器接口適用于所有集成2XLO分相器的I/Q調制器。它還適用于基于2XLO的I/Q解調器，如ADL5387。

電路評估與測試

CN-0311使用EVAL-ADF4351EB1Z和ADL5385-EVALZ評估所述電路，能夠快速設置并進(jìn)行評估。EVAL-ADF4351EB1Z使用評估板附帶光盤(pán)中的標準ADF4351編程軟件。

設備要求

需要以下設備：

· 帶USB端口的Windows® XP、Vista或Windows 7 PC

· EVAL-ADF4351EB1Z評估板

· ADL5385-EVALZ評估板，

· ADF4351編程軟件

· 電源 (5 V, 500 mA)

· I/Q信號源，如Rohde Schwarz AMIQ

· 頻譜分析儀

另外，可參考針對EVAL-ADF4351EB1Z評估板的UG-435用戶(hù)指南、ADF4351數據手冊和ADL5385數據手冊。

開(kāi)始使用測試設置的電路描述、原理圖和框圖詳細信息參見(jiàn)CN-0311(見(jiàn)圖1和圖3)。UG-435用戶(hù)指南詳細說(shuō)明了EVAL-ADF4351EB1Z評估軟件的安裝和使用。UG-435還包含電路板設置說(shuō)明和電路板原理圖、布局和物料清單。ADL5385數據手冊中含有ADL5385-EVALZ電路板原理圖、框圖、物料清單、布局和組裝信息。相關(guān)器件信息，請參考ADF4351數據手冊和ADL5385數據手冊。