基于IQ解調器中頻至基帶接收機

電路功能與優(yōu)勢

該電路是靈活的頻率捷變中頻至基帶接收機。中頻和基帶上的可變增益用于調整信號電平。 ADRF6510 基帶ADC驅動(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(zhù)輸入信號帶寬變化而動(dòng)態(tài)地調節。這樣可以確保由本電路驅動(dòng)的ADC的可用動(dòng)態(tài)范圍得到充分使用。

電路內核是IQ解調器。 ADL5387 基于2×LO的相位分離架構支持寬頻率范圍工作。精確的正交平衡和低輸出直流失調確保了對誤差矢量幅度(EVM)的影響極小。

本電路內所有元件間的接口均采用全差分式。如果不同級間需要直流耦合，相鄰級的偏置電平彼此兼容。

圖1. 直接變頻接收機原理示意圖(所有連接和去耦均未顯示)

電路描述

接收機架構

本電路筆記中描述了接收機的直接變頻(也稱(chēng)為零差或零中頻)架構。與可以執行多次頻率轉換的超外差式接收機相比，直接變頻無(wú)線(xiàn)電只能執行一次頻率轉換。一次頻率轉換的優(yōu)勢如下：

降低接收機復雜性，減少所需級數;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(相鄰通道抑制比[ACRR])

圖1顯示了該系統的基本原理示意圖，包括集成自動(dòng)增益控制(AGC)環(huán)路的級聯(lián)中頻可變增益放大器(VGA)，以及緊隨其后的正交解調器、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)，并不包括在系統級測量中(有關(guān)這些器件的詳情請參見(jiàn)“常見(jiàn)變化”部分)。

理想情況下，第一級的輸入和最后級的輸出應設置系統的動(dòng)態(tài)范圍(信噪比)。實(shí)際上，情況可能并非如此。在正交解調器之前放置級聯(lián)VGA不僅會(huì )給系統帶來(lái)更多增益，而且有利于整體系統噪聲性能，只要VGA的噪聲系數低于正交解調器，只要VGA仍具有增益，且未發(fā)生衰減。后續級的噪聲系數通過(guò)初始VGA的增益進(jìn)行分頻處理。提供VGA (相對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)設計以調平正交解調器的輸入信號。這一限制施加于正交解調器和任何后續級的信號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。它具有兩個(gè)可級聯(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端口以數字方式改變每個(gè)VGA上的最大增益。

為了實(shí)現信號調平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的內部基準電壓進(jìn)行比較。如果衰減器輸出與63 mV rms基準電壓間有差異，誤差電流便會(huì )產(chǎn)生并集成到CAGC電容內。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將在此范圍內調平至特定設定點(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)或信號不在噪底內)。

IQ解調器

信號從 ADL5336 路由至 ADL5387，在此接受解調并將頻率轉換為零中頻。 ADF4350 頻率合成器可向ADL5387提供所需的2×LO信號(參見(jiàn)“常見(jiàn)變化”部分);但實(shí)際測試使用信號發(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。 ADL5387在RF輸入至基帶I和Q輸出之間提供約4.5 dB的轉換增益。

低通濾波器、基帶VGA和ADC驅動(dòng)器

低通濾波、基帶增益和ADC驅動(dòng)器功能全部使用 ADRF6510來(lái)實(shí)現。施加于 ADRF6510 的信號現在具有獨立的I和Q路徑，信號首先通過(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：

前置放大器

可編程低通濾波器

VGA和輸出驅動(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端口設置為1MHz至30MHz的轉折頻率，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。輸出驅動(dòng)器能夠將1.5Vpp差分電壓驅動(dòng)至1k負載內，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內保持可接受的HD電平的最大CW信號為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(及所需的帶內信號)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，所需信號可使用XAMPVGA(緊隨 ADRF6510的濾波器)放大。

ADRF6510發(fā)出的IQ信號可施加于適當的模數轉換器(ADC)，例如AD9248。

測量結果

4-QAM、5 MSPS調制信號被施加于A(yíng)DL5336的輸入。有關(guān)測試設置的更多信息，請參見(jiàn)“電路評估和測試”部分。

EVM衡量數字發(fā)射機或接收機的性能質(zhì)量，反映幅度和相位誤差所導致的實(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EVM與ADL5336輸入功率的關(guān)系，VGA上的最大增益針對VGA1和VGA2分別設置為15.2dB和19.5dB。

測試了數個(gè)AGC設定點(diǎn)組合。圖4也是系統EVM與ADL5336輸入功率的關(guān)系;不過(guò)VGA的增益分別設置為9.7dB和13.4dB。測試了相同的AGC設定點(diǎn)組合。

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