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(jī)。中頻和基帶 上的可變增益用于調(diào)整信號電平。 ADRF6510 基帶ADC驅(qū)動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輸入信號帶寬變化而動態(tài)地調(diào)節(jié)。 這樣可以確保由本電路驅(qū)動的ADC的可用動態(tài)范圍得到充 分使用。

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

本電路內(nèi)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(jī)原理示意圖（所有連接和去耦均未顯示）

電路描述

接收機(jī)架構(gòu)

本電路筆記中描述了接收機(jī)的直接變頻（也稱為零差或零中頻）架構(gòu)。與可以執(zhí)行多次頻率轉(zhuǎn)換的超外差式接收機(jī)相比，直接變頻無線電只能執(zhí)行一次頻率轉(zhuǎn)換。一次頻率轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢如下：

降低接收機(jī)復(fù)雜性，減少所需級數(shù)；提高性能和降低功耗

避免鏡像抑制問題和不需要的混頻產(chǎn)物；只需要基帶上的一個LPF

高靈敏度（相鄰?fù)ǖ酪种票龋?a target="_blank">ACRR］）

圖1顯示了該系統(tǒng)的基本原理示意圖，包括集成自動增益控制（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(diào)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，并不包括在系統(tǒng)級測量中（有關(guān)這些器件的詳情請參見“常見變化”部分）。

理想情況下，第一級的輸入和最后級的輸出應(yīng)設(shè)置系統(tǒng)的 動態(tài)范圍（信噪比）。實際上，情況可能并非如此。在正交 解調(diào)器之前放置級聯(lián)VGA不僅會給系統(tǒng)帶來更多增益，而 且有利于整體系統(tǒng)噪聲性能，只要VGA的噪聲系數(shù)低于正 交解調(diào)器，只要VGA仍具有增益，且未發(fā)生衰減。后續(xù)級 的噪聲系數(shù)通過初始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)點是AGC環(huán)路可 經(jīng)設(shè)計以調(diào)平正交解調(diào)器的輸入信號。這一限制施加于正 交解調(diào)器和任何后續(xù)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 ADL5336來實現(xiàn)。它具有 兩個可級聯(lián)VGA，每個VGA具有24 dB的模擬動態(tài)范圍，并 且可以通過SPI端口以數(shù)字方式改變每個VGA上的最大增 益。

為了實現(xiàn)信號調(diào)平AGC功能，每個 ADL5336 VGA具有平方 律檢波器，通過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(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。如果衰減 器輸出與63 mV rms基準(zhǔn)電壓間有差異，誤差電流便會產(chǎn)生 并集成到CAGC電容內(nèi)。AGC環(huán)路通過將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(fù)VGA增益斜率。

每個 ADL5336 VGA具有允許的輸入功率范圍，AGC將在此 范圍內(nèi)調(diào)平至特定設(shè)定點。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(nèi)）。

IQ解調(diào)器

信號從 ADL5336 路由至 ADL5387，在此接受解調(diào)并將頻率 轉(zhuǎn)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“常見變化”部分）；但實際測試使用信 號發(fā)生器代替 ADF4350 。

ADL5387 使用兩個雙平衡混頻器，一個用于I通道，一個用 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(zhuǎn)換增益。

低通濾波器、基帶VGA和ADC驅(qū)動器

低通濾波、基帶增益和ADC驅(qū)動器功能全部使用 ADRF6510來實現(xiàn)。施加于 ADRF6510的信號現(xiàn)在具有獨立 的I和Q路徑，信號首先通過前置放大器放大，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VGA放大。

ADRF6510 的每個通道可分為三個級：

前置放大器

可編程低通濾波器

VGA和輸出驅(qū)動器

通過GNSW引腳，前置放大器具有6dB或12dB的用戶可選增益。低通濾波器可通過SPI端口設(shè)置為1MHz至30MHz的轉(zhuǎn)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GAIN引腳控制，GNSW引腳被拉低時范圍可為0.5dB至+45dB，GNSW引腳被拉高時范圍可為+1dB至+51dB。輸出驅(qū)動器能夠?qū)?.5Vpp差分電壓驅(qū)動至1k負(fù)載內(nèi)，同時保持高于60dBc的HD2和HD3。

可施加于低通濾波器同時仍在 ADRF6510內(nèi)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的輸入過載，帶外干擾源（及所需的帶內(nèi)信號）可通過 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(dāng)?shù)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/模數(shù)轉(zhuǎn)換器/" target="_blank">模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），例如AD9248。

測量結(jié)果

4-QAM、5 MSPS調(diào)制信號被施加于ADL5336的輸入。有關(guān)測試設(shè)置的更多信息，請參見“電路評估和測試”部分。

EVM衡量數(shù)字發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的性能質(zhì)量，反映幅度和相位誤差所導(dǎo)致的實際星座點與理想位置的偏差。如圖2所示。

圖2. EVM圖

圖3顯示了系統(tǒng)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(shè)置為15.2dB和19.5dB。

測試了數(shù)個AGC設(shè)定點組合。圖4也是系統(tǒng)EVM與ADL5336輸入功率的關(guān)系；不過VGA的增益分別設(shè)置為9.7dB和13.4dB。測試了相同的AGC設(shè)定點組合。

圖3. 系統(tǒng)EVM，數(shù)字VGA增益=11

圖4. 系統(tǒng)EVM，數(shù)字VGA增益=00

圖3和圖4說明，施加于 ADRF6510 的信號電平必須保持足 夠低以免壓縮輸入級和/或濾波器。在最高AGC設(shè)定點 （500mVrms和707mVrms）， ADL5387IQ解調(diào)器的輸入開始壓縮并給EVM造成額外下降。當(dāng)AGC設(shè)定點位于最低點 （88mVrms）時，可實現(xiàn)最佳EVM。當(dāng)設(shè)定點為250mVrms 時，EVM已經(jīng)開始下降。

圖5比較了 ADL5336VGA上的最小和最大數(shù)字增益設(shè)置（VGA 均設(shè)置為增益代碼11或增益代碼00）間的EVM，此時VGA1 和VGA2設(shè)定點分別為250 mVrms和88 mVrms。

圖5. 系統(tǒng)EVM，VGA1設(shè)定點=250MVRMS，VGA2設(shè)定點=88MVRMS

對于給定AGC設(shè)定點，當(dāng)最大增益代碼為11時，從VGA2 至VGA1的切換在VGA2超出增益范圍后發(fā)生；因此，施加 于 ADRF6510 的信號電平繼續(xù)增加（同時EVM下降），直至 VGA1到達(dá)設(shè)定點。一旦VGA1到達(dá)設(shè)定點，EVM再次變 平；因此施加于 ADRF6510 的信號電平在大約5 dBm的輸入 功率下不會變化，除非VGA1超出增益范圍。當(dāng)最大增益 代碼設(shè)置為00時，VGA均可提供更多衰減，因此允許VGA2偏移動態(tài)范圍，以免在輸入功率低至與最大增益代 碼為11時相同的情況下到達(dá)設(shè)定點。這樣VGA2可在較高 輸入功率下保持在設(shè)定點，使VGA2至VGA1的切換可發(fā)生 在VGA2超出增益范圍之前。這樣就能確保施加于 ADRF6510的信號電平保持在恒定值，直至到達(dá)輸入功率 范圍最高點。

圖6比較了 ADL5336 VGA上的最小和最大數(shù)字增益設(shè)置（VGA 均設(shè)置為增益代碼11或增益代碼00）間的EVM；不過VGA1 和VGA2設(shè)定點分別為707mVrms和88mVrms。

圖6. 系統(tǒng)EVM，VGA1設(shè)定點=707MVRMS，VGA2設(shè)定點=88MVRMS

圖6中的動態(tài)特性與圖5相同，只不過更為夸張。當(dāng)最大增 益代碼為00時，VGA2在約-40dBm的輸入功率下到達(dá)設(shè)定點。其保持設(shè)定點至約-10dBm，此時VGA1尚未到達(dá)707mVrms的設(shè)定點。除非輸入功率約為0dBm，并且EVM開始略微變平，否則VGA1不會到達(dá)設(shè)定點。當(dāng)最大增益設(shè)置為11時，相同情況再次發(fā)生；不過，VGA2僅保持設(shè)定點至大約-20dBm，因為再無更多增益可用于獲得規(guī)定的設(shè)定點。

常見變化

系統(tǒng)和頻率合成器

為 ADL5387提供2XLO的信號發(fā)生器可被寬帶頻率合成器取 代，例如 ADF4350，該器件集成了VCO。 ADF4350 屬于一個頻率合成器系列，該系列具有135MHz至4350MHz的寬 頻率范圍，且具有變化的相位噪聲和輸出功率指標(biāo)，因此很容易找到符合應(yīng)用所需規(guī)格的器件。

系統(tǒng)和ADC

為系統(tǒng)添加ADC以對 ADRF6510的I和Q信號進(jìn)行采樣正是完善模擬信號鏈自然演化的結(jié)果。雙通道ADC，例如 AD9248，提供14位分辨率，且采用20MSPS、40MSPS或65MSPS采樣速率。建議在 ADRF6510 和 AD9248 的輸出之間放置抗混疊濾波器?？够殳B濾波器設(shè)計示例請參考 ADRF6510 數(shù)據(jù)手冊。

ADRF6510 輸出共模電壓考慮因素

ADRF6510 輸出共模電壓可在1.5V至3.0V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，且不會損失驅(qū)動能力。許多現(xiàn)代ADC的輸入共模電壓小于1.5V。 將VOCM引腳驅(qū)動至小于1.5 V的輸出共模電壓使ADRF6510 的失真性能開始下降；但器件在小于1.5 V的共模電平下仍可工作。為了保持失真性能，可能需要直流電平轉(zhuǎn)換電 路，或者可使用具有較低共模電壓的集成式濾波器和VGA器件，例如ADRF6516。

電路評估與測試

需要/使用的設(shè)備

信號發(fā)生器包括：

Agilent E4438C vector signal generator

AgilentE4438C矢量信號發(fā)生器

基帶信號捕獲器件有

AgilentDSO90604A示波器

EVM運算器件包括：

Agilent89600VSA軟件

運行WindowsXP的PC，通過USB電纜連接到示波器

電源包括：

±5V電源除 AD8130電路板需要±5V外，所有電路板均需要+5V

評估板包括：

ADL5336-EVALZ （需要一個）

ADL5387-EVALZ （需要一個）

ADRF6510-EVALZ （需要一個）

AD8130-EBZ （需要兩個）

開始使用

要使用 ADL5336和 ADRF6510，需要評估軟件來控制每個器件的各個方面。此軟件可在工具、軟件和仿真模型鏈接中的各個產(chǎn)品網(wǎng)頁上找到。

下載和安裝軟件后，將USB電纜從電腦連接到評估板，然后針對需要控制的器件運行軟件。

功能框圖

圖7顯示了用于測試接收鏈的測試設(shè)置的功能框圖。 ADL5336評估板僅允許單端輸入和輸出。 ADL5387板上的RF輸入也是如此。矢量信號發(fā)生器上的RF輸出端口僅為單端；因此，發(fā)生器與 ADL5336的輸入之間需要巴倫。如圖7 所示，直至 AD8130差動放大器的其余信號路徑均為差分。 由于示波器僅允許對單端信號進(jìn)行采樣，同時受VSA軟件控制，因此需要差分轉(zhuǎn)單端轉(zhuǎn)換。

設(shè)置與測試

接收機(jī)測試設(shè)置的第一步是開啟所有測試設(shè)備。測試設(shè)備預(yù)熱時，電路板必須正確配置以便在信號鏈內(nèi)正常使用。

在 ADL5336上，應(yīng)確保安裝0w跳線電阻，將VGA1輸出連接到VGA2輸入。

在ADL5387電路板上，旁路輸出巴倫以在ADL5387和ADRF6510之間構(gòu)建完整的差分、直流耦合信號路徑。

在 ADRF6510電路板上，執(zhí)行下列操作：

旁路輸入和輸出巴倫

在輸出信號線路上放置1k差分輸出負(fù)載（每個輸出路徑上放置兩個接地的500電阻就足夠了）

用1μF電容取代普通COFS電容

圖7. 測試直接變頻接收機(jī)的功能框圖

收集評估板并將所有信號路徑連接在一起，如圖7所示。將所有電路板連接到+5V，同時將兩個 AD8130板連接到-5V。請確保電源電流與期望值一致。

如圖7所示，完成下列連接：

將矢量信號發(fā)生器的單端、50輸出連接到 ADL5336評估板的INPUT1。

將AD8130的I信號路徑輸出連接到示波器上的輸入1，并將AD8130的Q信號路徑輸出連接到示波器的輸入3。

將USB電纜從PC連接到示波器。

將信號發(fā)生器的RF端口連接到ADL5387評估板的LO輸入。

在AgilentE4438C信號發(fā)生器上，執(zhí)行下列操作：

將頻率設(shè)置為400MHz

將幅度設(shè)置為0dBm

接通RF端口

在AgilentE4438C矢量信號發(fā)生器上，執(zhí)行下列操作：

將RF載波頻率設(shè)置為200MHz

接通RF端口

接通RF端口

接通矢量信號發(fā)生器內(nèi)部的定制ARB

將信號設(shè)置為4-QAM，符號速率設(shè)置為5MSPS，脈沖整形濾波器值設(shè)置為0.35

在PC上，啟動Agilent89600VSA軟件。在VSA軟件中，執(zhí)行下列操作：

接通數(shù)字解調(diào)器

將輸入設(shè)置為I+jQ選項

將頻率設(shè)置為0Hz，符號速率設(shè)置為5MSPS，值設(shè)置為0.35

矢量信號發(fā)生器上的信號指標(biāo)必須匹配VSA軟件上的指標(biāo)。軟件啟動后，應(yīng)顯示IQ星座圖窗格和頻譜窗格。在VSA軟件中通過下列步驟添加信息窗口：

點擊顯示

點擊布局

選擇柵格2×2

默認(rèn)情況下，已經(jīng)顯示的其他兩個窗格應(yīng)為誤差矢量與時間和信息窗口：符號/誤差。如果并非如此，執(zhí)行下列操作

雙擊任意窗格的標(biāo)題

在出現(xiàn)的窗口中選擇符號/誤差

符號/誤差窗格提供許多結(jié)果，包括EVM。軟件應(yīng)鎖定在信號上，并報告EVM數(shù)值。

AGC設(shè)定點、最大增益和濾波器帶寬全部可采用個別器件的各控制軟件來設(shè)置。ADL5336輸入端的功率控制可通過矢量信號分析儀上的功率掃描完成。從?80dBm掃描至幾乎+16dBm，以便在此測試設(shè)置下測試接收機(jī)。 ADRF6510上的增益始終設(shè)置為實現(xiàn)1.5Vp-p差分輸出電平，假定有足夠的增益可用。某些情況下，對于極小的信號電平，ADRF6510無足夠的增益來到達(dá)1.5Vp-p差分電平。