变频无线发射机系统电路设计详解 —电路图天天读（188）

电路为宽带直接变频发射机模拟部分的完整实施方案（模拟基带输入、rf输出）。通过使用锁相环（pll）和宽带集成电压控制振荡器（vco），本电路支持500mhz至4.4ghz范围内的rf频率。pll中的本振（lo）执行谐波滤波，确保提供出色的正交精度、边带抑制和低误差矢量幅度（evm）。低噪声、低压差调节器（ldo）确保电源管理方案对相位噪声和evm没有不利影响。这种器件组合可以提供500mhz至4.4ghz频率范围内业界领先的直接变频发射机性能。
图1：直接变频发射机（原理示意图：未显示所有连接和去耦）。
图2:cn-0285直接变频发射机评估板。
电路描述
图1所示电路使用完全集成的小数n分频pll icadf4351和宽带发射调制器adl5375.adf4351向发射正交调制器adl5375提供lo信号，后者将模拟i/q信号上变频为rf信号。两个器件共同提供宽带基带i/q至rf发射解决方案。adf4351采用超低噪声3.3vadp150调节器供电，以实现最佳lo相位噪声性能。 adl5375则采用5vadp3334ldo供电。adp150 ldo的输出电压噪声仅为9μvrms，有助于优化vco相位噪声并减少vco推压的影响（等效于电源抑制）。
需要对adf4351 rf输出进行滤波，以衰减谐波水平，使adl5375正交产生模块的误差最小。依据测量和仿真得知，奇次谐波对正交误差的贡献大于偶次谐波；如果将奇次谐波衰减至？30dbc以下，则可以实现？40dbc或更好的边带抑制性能。adf4351数据手册给出了其二次谐波（2h）和三次谐波（3h）水平，如表 1所示。为使三次谐波低于-30dbc，大约需要衰减20db.
表1:adf4351 rf输出谐波水平（未经滤波）。
本电路提供四种不同的滤波器选项，以适应四个不同的频段。这些滤波器设计采用100ω差分输入（adf4351 rf输出经适当匹配）以及50ω差分输出（adl5375 loin差分阻抗）。并采用切比雪夫响应，以获得最佳滤波器滚降，但通道纹波会增多。滤波器原理图如图3所示。这种拓扑结构十分灵活，既可以使用全差分滤波器，使器件数量最少，也可以对各路输出使用一个单端滤波器，或者综合运用以上二者。我们发现，对于较高频率（》2ghz），两个单端滤波器的串联电感值是全差分滤波器电感值的两倍，因而器件寄生效应的影响得以减小，可提供最佳性能。对于较低频率（《2ghz），全差分滤波器足以满足需要。
图3:adf4351 rf输出滤波器原理图。
adf4351输出匹配包括zbias上拉电阻，电源节点的去耦电容也起到一定的作用。为实现宽带匹配，建议使用阻性负载（zbias=50ω），或者将一个阻性负载与zbias的电抗性负载并联。后者提供的输出功率稍高，具体取决于所选的电感。
可以将并联电阻作为差分元件（即100ω）放置在c1c位置上，以最大程度减少电路板占位空间（见表2中的b型滤波器）。将滤波器设计成截止频率约为目标频段中最高频率的1.2至1.5倍。该截止频率允许设计留有一定余量，因为通常截止频率会由于寄生效应而低于设计值。印刷电路板（pcb）寄生效应可以在电磁（em）仿真工具中进行仿真，以提高精度。
表2:adf4351 rf输出滤波器元件值（dni=不插入）。
从表2可以看出，在1250mhz以下的较低频率时，需要一个五阶滤波器。对于1.25ghz至2.8ghz的频率，三阶滤波器便足够。对于2.8ghz以上的频率，由于此时谐波水平非常低，足以满足边带抑制要求，因此无需滤波。
图4:b型滤波器的边带抑制（850mhz至2450mhz）。
图5:evm图。
对于使用b型滤波器（800mhz至2，400mhz）的电路，其边带抑制性能与频率的关系如图4所示。此次扫描的测试条件如下：基带i/q幅度=1vp-p差分正弦波与500mv（adl5375-05）直流偏置正交。基带i/q频率（fbb）=1mhz.evm衡量数字发射机或接收机的性能质量，反映幅度和相位误差所导致的实际星座点与理想位置的偏差（见图5）。表3给出了有滤波器和无滤波器两种情况下的evm测量结果。本例中，基带i/q信号是利用3gpp测试模型4，使用rhode & schwarz amiq i/q调制发生器，通过差分i和q模拟输出产生。
表3：单载波w-cdma复合evm结果：adf4351 rf输出端有滤波器和无滤波器两种情况对比（根据3gpp规范测试模型4测量）。
另外还使用了b型滤波器。图6为evm测试设置的框图。为了进行比较，还测量了 adf4350.adf4351由于带内pll噪声性能改善产生较低的evm可参见表3.其他改善evm的因素有：adf4351较低的鉴频鉴相器（pfd）杂散水平。
图6:evm测量设置（原理示意图）。
以差分方式驱动adl5375 lo输入，除了可以改善边带抑制和evm之外，还具有性能优势。与单端lo驱动相比，这一优势提高了调制器输出oip2性能2db至5db.请注意，多数外部vco仅提供单端输出，因此adf4351采用差分输出优于使用外部vco.图7显示使用850mhz至2450mhz滤波器（b型滤波器）的边带抑制结果。
图7:850mhz至2450mhz、b型滤波器的边带抑制结果。
常见变化
当单个滤波器无法完成所需的宽带操作时，可以使用adf4351的辅助输出，在两种类型的滤波器之间切换（见图8）。使用一个rf双刀四掷开关（dp4t）选择滤波器1或滤波器2的差分输出。
图8：利用adf4351的主输出和辅助输出实现滤波器切换的应用图。
电路评估与测试
eval-cn0285-eb1z评估板包含cn-0285中描述的电路，可以快速完成设置并评估电路性能。eval-cn0285-eb1z板的控制软件使用标准adf4351编程软件，该软件包含在评估板附带的光盘上。