高集成微波上下变频器可提升微波无线电性能同时缩小尺寸
adi公司推出了一对高集成的微波上下变频器，admv1013 和 admv1014。这两颗器件的工作频率极宽，从24 ghz到44 ghz，并提供50 Ω匹配，同时可以支持大于1 ghz的瞬时带宽。 admv1013 和 admv1014的性能特性简化了小型5g毫米波(mmw) 平台的设计和实现，这些平台包括回传和前传应用中常见的 28 ghz和39 ghz频段，以及许多其他的超带宽发射器和接收器应用。
每个上变频器和下变频器芯片都是高集成的（见图1），由iq混频器及片内正交移相器构成，可配置为基带iq模式（零中频，iq频率支持dc至6 ghz），或者配置为中频模式（实中频，中频频率支持800 mhz至6 ghz）。上变频器的rf输出端集成了一个含压控衰减器(vva)的驱动放大器，下变频器的rf输入端包含低噪声放大器(lna)和带vva的增益放大器。两个芯片的本振(lo)链路由一个集成式lo缓冲放大器、一个四倍频器和一个可编程的带通滤波器组成。大部分可编程和校准功能都通过spi接口进行控制，这使得ic易于通过软件配置至出色的性能水平。
图1. (a) admv1013上变频器芯片框图。(b) admv1014下变频器芯片框图。
admv1013上变频器内部视图
admv1013提供两种频率转换模式。一种模式是从基带i和q直接上变频至rf频段。在这种i/q模式下，基带i和q差分输入信号范围是从dc到6 ghz，例如，由一对高速数模转换器(dac)产生的信号。iq输入信号的共模电压范围为0 v至2.6 v；因此，它们可以满足大部分dac的接口需求。当所选dac的共模电压在这个范围内时，可以通过配置上变频器的寄存器，使其输入共模电压和 dac输出的共模电压实现优质的匹配，从而简化接口设计。另一种模式是复if输入（例如由正交数字上变频器器件生成的信号），单边带上变频到rf频段。admv1013的独特之处在于，它能够在i/q模式下对i和q混频器的直流偏置误差进行数字校正，从而改善rf输出的lo泄漏。校准之后，在最大增益下，rf输出端的lo泄漏可以低至-45 dbm。对零中频无线电设计造成妨碍的一个更困难的挑战是i和q的相位不平衡，导致边带抑制能力差。零中频面临的另一个挑战是边带通常太接近微波载波，使滤波器难以实现。admv1013解决了这个问题，它允许用户通过寄存器调谐对i和q相位不平衡进行数字校正。正常操作期间，上变频器展现出未经校准的26 dbc边带抑制。使用片内寄存器之后，其边带抑制经过校准可以提高到约36 dbc。两种校准特性都是通过spi实现，无需额外电路。在i/q模式下，还可以通过调节基带i和q dac的相位平衡来进一步提高边带抑制。这些性能增强特性帮助最小化外部滤波，同时改善微波频率下的无线电性能。
集成了lo缓冲器之后，该部件所需的驱动力仅为0 dbm。因此，可使用集成压控振荡器(vco)的频综（例如 adf4372 或 adf5610）, 直接地驱动该器件，进一步减少外部组件数量。片内四倍频器将lo频率倍升至所需的载波频率，然后通过可编程的带通滤波器滤除不需要的倍频器谐波，该带通滤波器放置在混频器正交相位生成模块之前。这种布局大大减少了进入混频器的杂散频率，同时允许该部件与外部低成本、低频率的频率合成器/vco协同工作。然后，经过调制的rf输出通过一对放大器级（两者中间存在一个vva）进行放大。增益控制模块为用户提供35 db调节范围，最大级联转换增益为23 db。admv1013采用40引脚基板栅格阵列封装（见图2）。这些特性结合起来，可以提供卓越的性能、最大的灵活性和易用性，同时较大程度减少需要的外部组件的数量。因此，可以实现小型蜂窝基站等小型微波平台。
图2. 采用6 mm × 6 mm表贴封装的admv1013在评估板上的图示。
admv1014下变频器内部视图
tadmv1014也有一些相似的元件，例如其lo路径中包含lo缓冲器、四倍频器、可编程的带通滤波器，以及正交移相器。但是，构建作为下变频器件（见图1b中的框图），admv1014的rf前端中安装有一个lna，紧接着安装了一个vva和一个放大器。连续的19 db增益调整范围由施加给vctrl引脚的dc电压进行控制。用户可以选择在i/q模式下使用admv1014作为从微波到基带dc的直接解调器。在这种模式下，经过解调的i和q信号在各自的i和q差分输出处放大。它们的增益和dc共模电压可以通过spi由寄存器设置，使得差分信号可以dc耦合到（例如）一对基带模数转换器(adc)。或者，admv1014可以用作单端复if端口的镜像抑制下变频器。在任何一种模式下，i和q相位、幅度的不平衡都可以通过spi进行校正，在下变频器解调至基带或if时，提高其镜像抑制性能。总的来说，下变频器在24 ghz至42 ghz频率范围内，可以提供5.5 db总级联噪声系数，以及17 db最大转换增益。当工作频率接近基带边缘（高达44 ghz）时，级联式nf仍然坚定保持6 db。
图3. 采用更小型的5 mm × 5 mm封装的admv1014在评估板上的图示。
大幅提升5g mmw无线电性能
图4所示为下变频器在28 ghz频率时的测量性能，测量时，采用 5g nr波形，包含4个独立的100 mhz通道，每个通道都在-20 dbm 输入功率下调制至256 qam。测量得出的evm结果为-40 db (1% rms)，支持对mmw 5g所需的高阶调制方案进行解调。凭借上下变频器>1 ghz的带宽容量，以及上变频器的23 dbm oip3和下变频器的0 dbm iip3，其组合可以支持高阶qam调制，从而实现更高的数据吞吐量。此外，该器件也支持其他应用，如卫星和地面接收站宽带通信链路、安全通信无线电、rf测试设备和雷达系统。其出色的线性度和镜像抑制性能令人瞩目，与紧凑的解决方案尺寸、较小外形、高性能微波链路结合之后，可以实现宽带基站。
图4. 测量得出的evm性能（rms百分比）与28 ghz时的输入功率以及对应的256 qam星座图。.
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