硅鍺直接調制器HMC497LP4 的特性分析及應用

　　與基于雙變頻拓撲的發(fā)射機相比，直接調制方法通過(guò)取消一級混頻器及其相關(guān)的匹配、濾波、VCO/PLL 與LO 緩沖電路，簡(jiǎn)化了發(fā)射鏈路。本文介紹的寬動(dòng)態(tài)范圍硅鍺直接調制器HMC497LP4 及其應用電路設計方法能幫助工程師設計出滿(mǎn)足多頻段應用的寬動(dòng)態(tài)范圍直接調制器。

　　自1918 年發(fā)明以來(lái)，超外差接收機已成為射頻通信領(lǐng)域的主力。射頻工程師過(guò)去一直在利用超外差接收機技術(shù)的較好頻率穩定性及較高靈敏度等優(yōu)勢，這些優(yōu)勢也可在發(fā)射端的設備中獲得。在典型的超外差發(fā)射機中，先用攜帶信息的信號(基帶或I/Q)來(lái)調制本振(LO) 信號，以產(chǎn)生調制中頻(IF)信號；然后再將此IF 信號濾波并與第二本振信號混頻(上變頻)， 以產(chǎn)生最終調制射頻信號并用天線(xiàn)發(fā)射出去。

　　這種雙變頻電路拓撲可與模擬及數字調制技術(shù)一起使用。與基于雙變頻拓撲的發(fā)射機相比，直接調制法通過(guò)取消一級混頻器及其相關(guān)的匹配、濾波、VCO/PLL 與LO 緩沖電路，簡(jiǎn)化了發(fā)射鏈路。當然，非單片直接調制器的實(shí)現也有它自身的問(wèn)題。

　　射頻集成電路(RFIC) 技術(shù)的最新進(jìn)展已促使人們重新開(kāi)始對直接變頻架構發(fā)生興趣。在設計一種單片直接調制器時(shí)，有幾種工藝可供選擇，但只有硅鍺(SiGe)HBT 工藝能同時(shí)擁有高效率、高線(xiàn)性度、高Ft、小尺寸及低成本等多種優(yōu)勢?；趩纹瑢拵е苯诱{制器的上變頻器，其寄生與端口匹配問(wèn)題更少，因此可減少印制板(PCB)面積以及多頻段應用中的器件數。直接調制的優(yōu)勢再結合RFIC 技術(shù)，將導致從雙變頻架構向頻率日益提高的直接調制架構的轉換。

高動(dòng)態(tài)寬帶直接調制器

　　HMC497LP4 是Hittite Microwave 公司的高動(dòng)態(tài)寬帶直接調制器，采用SiGe 工藝，具有200 至4,000MHz 的擴展RF/LO 帶寬。HMC497LP4 采用一種多相網(wǎng)絡(luò )，將LO 分成兩路相差為90(的等幅信號(見(jiàn)圖1)。包含多相網(wǎng)絡(luò )的分支與限幅放大電路，可在各種LO 輸入功率電平上獲得最佳性能。片上兩路LO 信號路徑互成鏡像，以不引入任何相移，而平衡信號路徑則用來(lái)提供更高的抗噪性能。然后每路LO 信號再驅動(dòng)有源(吉爾伯特單元)混頻器，其中一路上變頻為BB_IP/BB_IN(帶寬同相)數據，另一路則上變頻為BB_QP/BB_QN(寬帶正交)數據。最后，經(jīng)過(guò)上變頻的I/Q 信號再被同相合并，并從平衡轉換成單端射頻輸出。

　　直接正交調制器的動(dòng)態(tài)范圍對于保持高數據速率及數字調制信號的完整性非常關(guān)鍵。直接調制器的動(dòng)態(tài)范圍定義為1dB壓縮點(diǎn)上的輸出功率與輸出噪聲基底電平(用dBm/Hz表示) 之比。HMC497LP4 可提供+8 dBm(900MHz)及+6dBm(3,500MHz)的P1dB 輸出，而輸出噪聲基底則分別為-161dBm/Hz(900MHz) 與-153dBm/Hz(3,500MHz) 。這些值分別對應著(zhù)169dB(900MHz)及159dB(3,500MHz)的動(dòng)態(tài)范圍。

　　其它直接調制器關(guān)鍵性能為邊帶抑制及載波饋通(feedthrough)電平。在中間頻率上，HMC497LP4 可提供-47dBc 的邊帶抑制以及-32dBm 的載波饋通電平(抑制與饋通電平是在LO 輸入=0dBm、Vcc=+5.0V、Vbbdc=+1.50V 以及200kHz 基帶輸入頻率(800mV 峰－峰差分輸入)上測得)。

　　通過(guò)調整I、Q 輸入端之間的相移可提高直接調制器的邊帶抑制。I、Q 信號間的理想相移最好在最終電路中憑經(jīng)驗確定，以對I、Q 信號路徑中的任何微小不對稱(chēng)進(jìn)行校正。通過(guò)調整I、Q 基帶輸入端之間的直流偏移可減少直接調制器的載波饋通。I、Q 信號間的理想直流偏移最好在最終電路中憑經(jīng)驗確定，以消除由布局布線(xiàn)引起的寄生耦合效應。

應用指南

　　HMC497LP4 當在2,140MHz 頻率上被驅動(dòng)至-10dBm WCDMA 輸出信道功率電平時(shí)，HMC497LP4 可提供-67dBc 的鄰近信道功率比(ACPR)。HMC497LP4 的LON 端口在內部被匹配至50O，且應以-6 至+6dBm 之間的單端輸入電平來(lái)驅動(dòng)。要求在LON 及LOP 端上分別串聯(lián)一個(gè)100pF 電容來(lái)提供直流屏蔽，而LOP 端則在外部與50O 端接(見(jiàn)圖2)。

　　HMC497LP4 的射頻輸出也是單端并在內部匹配至50O。建議在射頻輸出端串聯(lián)一個(gè)100pF 電容來(lái)提供直流屏蔽。

　　調制輸入端、BB_IN、BB_IP、BB_QN 及BB_QP 均為直流耦合，這樣直流器件便能與基帶輸入信號連接，從而增加上變頻鏈路的載波抑制。這些輸入可直接由數模轉換器(DAC) 驅動(dòng)，或如果需要亦可通過(guò)電阻或基于運放的電平轉換電路來(lái)驅動(dòng)。

　　HMC497LP4 采用兩條偏置電源輸入線(xiàn)(Vcc1 及Vcc2)。為減少電源噪聲，每條電源線(xiàn)都用靠近輸入接頭的4.7uF 旁路電容以及靠近封裝引腳的1,000pF 旁路電容去耦。Vcc1 與Vcc2 額定偏壓介于+4.5 至+5.5V 之間，總電流消耗為168mA。

　　HMC497LP4 直接調制器實(shí)際上可精確產(chǎn)生包括BPSK、QPSK、8PSK、OFDM 及QAM 在內的任何模擬或數字調制格式。DC 至700 MHz 的極寬I/Q 輸入端帶寬不僅容易支持多載波工作，而且還能結合成熟預失真技術(shù)來(lái)減少互調波。這種策略可通過(guò)允許將其驅動(dòng)為壓縮來(lái)提高發(fā)射功率放大器的效率。

　　HMC497LP4 的多功能性使收發(fā)器設計者能滿(mǎn)足NMT、PCS、UMTS、WLL、WLAN、Hyperman/Hyperlan 及WiMAX 等系統中的基站、轉發(fā)器以及其它無(wú)線(xiàn)基礎設施應用的需求。HMC497LP4 還適合用于軟件無(wú)線(xiàn)電中，在那里上變頻必須能根據條件及要求的變化來(lái)動(dòng)態(tài)改變其調制格式與帶寬。