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現代數字無線通信發射機的設計給設備設計者們帶來了越來越多的挑戰。數據吞吐量不斷提升的趨勢，使得所發射信號的調制密度和載波帶寬也隨之增加。由于更高階次的調制方法的采用，峰均值比例也要增加。因此，在傳送相同的rms功率電平信號時，要保持良好的相鄰信道功率比，就要使用互調失真范圍更大而噪聲更小的器件。 基帶、IF（中頻）和RF（射頻）帶寬在信道中傳輸時必須要保持平坦，以便維持調制載波的頻譜形狀。而且，如果運用了數字預失真技術，高次諧波就必須能通過基帶輸入，增益的平坦性也需維持到三次諧波頻率分量。當射頻發射機設計需要在非常寬的RF頻率范圍上工作時，整個信號鏈的RF增益的平坦度是設計的關鍵。最大限度減小信號鏈增益隨著頻率的變化而出現的波動，就可以減輕信號鏈規劃和預算安排的負擔。本文將專注于IQ調制器的討論，它是現代發射機中一個關鍵的組成部分。 IQ寬帶調制器 ADL5385是一種IQ寬帶調制器，使用了一個2x的本地振蕩器來實現五倍頻程（50MHz～2.2GHz）的工作范圍。此外，它還集成了一個溫度傳感器，其RF輸出還可以直接驅動一個50?的負載。 圖1 ADL5385結構框圖 IQ調制器可將基帶信號的頻率通過混頻電路平移到RF頻譜中所要求的位置上。它包含一個來自于本地振蕩器的輸入，其可分解成同相和正交分量。這兩個信號驅動各自的混頻器，而這些混頻器還受到同相和正交基帶信號驅動。來自這兩個混頻器的輸出相加后可以產生一個RF或者IF頻段的調制載波。ADL5385不但包含這些基本的模塊，還采用一個“一分為二”的有源LO分配器來取代傳統的無源多相濾波器，故可以實現寬達五個10倍頻程的調諧范圍。圖2所示為ADL5385的寬帶特性，在整個輸出頻率范圍內，其輸出功率有著非常平坦的響應，1dB帶寬達到1300MHz。 圖2 不同溫度下的系統單邊帶輸出 用誤差向量大小衡量信號質量 誤差向量（EVM）可以用來衡量信號調制的質量，它直接受到調制器內積分和幅度誤差的影響。通過觀察單邊帶頻譜中的邊帶抑制程度可以測量出積分和幅度誤差的大小。從圖2中還可以看出，ADL5385 IQ調制器未經補償的邊帶抑制能力在900MHz以內都低于-38dBc。一般來說，這樣的邊帶抑制能力可以保證EVM大小能更容易地為大多數通信標準所接受。如果需要更高的性能，則可以通過調整基帶信號的相對幅度和相位來使邊帶抑制性能達到最優化。 圖3中的頻譜、星座圖和眼圖是利用5.056941 MSym/s的隨機數據借助α參數為0.18的濾波器產生的。對典型的有線調制/解調器頭端來說，這一信號足以逼真地模仿其數據傳輸率和調制性能。可以看出，這個信號的EVM大小是0.33%rms，它的積分誤差是0.27°，增益誤差是0.003dB。 圖3 64－QAM（正交幅度調制）載波在350MHz下的頻譜、星座圖和眼圖 圖3中的性能參數是在未對基帶數據進行數字補償的情況下獲得的。上述特性連同很寬的RF調諧范圍，使得該調制器不需要經過出廠前的校準就可以投入使用。這可以大大減少在設計和制造上所需花費的時間和精力。 信號質量和功率電平 圖4示出了在同一種64-QAM調制載波的情況下，ACPR（相鄰信道功率比）隨輸出功率所發生的變化。其中，碼率為5.056941MSym，濾波器α系數為0.18，相鄰信道帶寬為5.25MHz。 圖4 64－QAM相鄰信道功率比隨輸出功率的變化情況 ADL5385 IQ調制器的低失真特性，使之能達到很高的輸出功率電平，而對相鄰信道的泄漏最小。這樣，射頻系統后續電路級的增益可以降低。 “一分為二”（1/2）分配器實現了寬帶操作 有線調制解調器頭端之類的系統，必須能在40～900MHz范圍內動態的放置載波。用無源的電阻電容多相網絡將LO分解成相互正交分量的傳統調制器，并不能達到這么寬的頻率范圍。這是因為阻容網絡只能針對一個特定的中心頻率進行調諧，而且其有效范圍只能覆蓋兩倍頻程。使用IQ調制器可將基帶信號上變頻到電纜傳輸頻帶以上的IF頻段，該頻率大約為1100 MHz。該IF信號隨后通過混頻器實現降頻，進入電纜頻帶。這些解決方案需要使用更多的器件，其設計的復雜性增加了人們在設計上所花費的時間和精力。顯然，如果上述信號鏈可以被簡化為單級式直接發射架構的話，系統的成本和復雜度都可以得以降低。 ADL5385利用“二分”型LO分配器來克服傳統IO調制器只能覆蓋兩個倍頻程的局限性。圖5示出了這種結構，從圖中可以看到LO信號和其反相信號分別成為兩個D型觸發器的時鐘信號。在ADL5385中，反相信號是通過讓輸入到形成差分構形的兩個D觸發器上的某個信號的極性顛倒而得到的。對圖5中時序進行仔細的觀察，就會發現，保證所施加的LO信號處在RF輸出頻率的1/2頻率上且LO信號的占空比恰好是50％，將是非常重要的。任何50％的偏移都將對90°的信號分離特性產生不利影響，而這接下來還會影響邊帶的抑制能力。 圖5 ADL 5385IQ調制器使用了一個“二分”分相器電路 大基帶帶寬可增加數據容量. 在單通道調制系統中，數據容量可利用更高階次的調制方案或更大的頻帶寬度來予以提升。圖６示出ADL5385的歸一化的基帶頻率響應。由于載波帶寬增加，如何在載波信號的頻帶寬度范圍上保持一個平坦的增益就成為難點。如果增益波動太大，則可能在數字域中進行預補償。這個處理過程將需要每個射頻頻率下響應特性的測量結果，并會增加設計的復雜性并提高射頻系統的制造成本。ADL5385在寬達85MHz的范圍內可以保證0.1dB的基帶增益平坦度。這就意味著對于大多數的應用來說，無需實行任何類型的預補償。 圖6 ADL5385基帶歸一化頻率響應 與基帶IQ DAC的無縫接口 ADL5385能與Analog Devices公司的Transmit 數模轉換器（TXDAC）系列產品實現無縫集成。在二者之間的接口一般需要用到6個電阻和1個簡單的LC濾波器（見圖７）。來自于DAC的每一路輸出的4個接地電阻，可以為ADL5385基帶輸入提供500mV的DC偏置，而連接在每個差分對之間的電阻則調節基帶輸入的AC擺幅。采用這種簡化的接口，就可以避免采用單端差分或者電平平移放大器的必要。 圖7 AD9779和ADL5385接口的原理圖 |
