器件連接/參考

ADL5375：400 MHz至6 GHz寬帶正交調(diào)制器

ADL5320：400 MHz至2700 MHz 1/4 W RF驅(qū)動(dòng)器放大器

評(píng)估和設(shè)計(jì)支持

電路評(píng)估板

ADL5375評(píng)估板(ADL5375-05-EVALZ)

設(shè)計(jì)和集成文件

原理圖、布局文件、物料清單

電路功能與優(yōu)勢(shì)

無(wú)論IQ調(diào)制器是用于直接變頻應(yīng)用還是作為上變頻器用于第一中頻(IF)，通常都會(huì)有一些增益直接施加在IQ調(diào)制器之后。本文將介紹如何選擇合適的驅(qū)動(dòng)器放大器，以便在IQ調(diào)制器的輸出端提供第一級(jí)增益。圖1所示器件為ADL5375 IQ調(diào)制器和ADL5320驅(qū)動(dòng)器放大器。這兩款器件在系統(tǒng)性水平方面匹配良好；也就是說(shuō)，它們具備同等性能，因此任何一方都不會(huì)造成整體性能下降。由于這些器件的動(dòng)態(tài)范圍匹配良好，因此建議在IQ調(diào)制器與RF驅(qū)動(dòng)器放大器之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的直接連接，器件之間無(wú)需任何衰減。

電路描述

ADL5375是一款通用型高性能IQ調(diào)制器，輸出頻率范圍是400 MHz至6 GHz。由于具備低噪聲和750 MHz的寬輸入基帶帶寬(3 dB)，因此可通過(guò)多種調(diào)制和帶寬的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)該器件。這些輸入信號(hào)能夠以直流或復(fù)數(shù)中頻為中心。

與ADL5375的LO接口為1XLO型，即輸出頻率和LO頻率相等（當(dāng)基帶信號(hào)以直流為中心時(shí)）。電路筆記CN-0134介紹了如何通過(guò)ADF4350驅(qū)動(dòng)ADL5375。

系統(tǒng)級(jí)計(jì)算和RF放大器選擇

在1 GHz至2 GHz的頻率范圍內(nèi)，ADL5375的輸出壓縮點(diǎn)(OP1dB)和三階壓縮點(diǎn)(OIP3)分別為10 dBm和25 dBm左右。在選擇RF放大器以便在IQ調(diào)制器之后提供增益時(shí)，必須選擇輸入P1dB和輸入IP3等于或略高于這些數(shù)值的器件。如果所選器件的輸入P1dB和輸入IP3較低，則會(huì)導(dǎo)致級(jí)聯(lián)性能降低；如果這兩項(xiàng)規(guī)格明顯高于ADL5375，卻不會(huì)帶來(lái)任何好處，并且可能會(huì)造成信號(hào)鏈的總電源電流出現(xiàn)不必要增加。

ADL5320是一款驅(qū)動(dòng)器放大器（需要外部調(diào)諧元件的RF放大器），額定工作范圍是400 MHz至2700 MHz。采用5 V電源供電時(shí)，其功耗為104 mA（也可以采用低至3.3 V的電源供電，此時(shí)功耗和性能都有所下降）。

表1顯示了1900 MHz條件下ADL5375 IQ調(diào)制器折合到輸出端的IP3 (OIP3)和P1dB (OP1dB)以及ADL5320驅(qū)動(dòng)器放大器折合到輸入端的規(guī)格。兩種情況下，IQ調(diào)制器折合到輸出端的規(guī)格與放大器折合到輸入端的規(guī)格之間均相差3 dB左右。

表1. 1900 MHz條件下ADL5375 IQ調(diào)制器與ADL5320驅(qū)動(dòng)器放大器的IP3和P1dB規(guī)格

圖2顯示了2140 MHz條件下IQ調(diào)制器與驅(qū)動(dòng)器放大器的仿真級(jí)聯(lián)性能。此仿真利用ADIsimRF設(shè)計(jì)工具來(lái)完成。值得注意的是，調(diào)制器的OIP3 (24.2 dBm)與復(fù)合OIP3 (36.5 dBm)之差12.3 dB剛好略小于ADL5320驅(qū)動(dòng)器放大器的增益(13.7 dB)。這表明驅(qū)動(dòng)器放大器對(duì)總體OIP3的影響非常小。

圖3顯示了IQ調(diào)制器輸出端與復(fù)合電路輸出端所測(cè)OIP3與輸出功率(POUT)的關(guān)系圖。兩條OIP3曲線輪廓的形狀非常相似，只在輸出功率和OIP3方面有所偏移。這進(jìn)一步表明，當(dāng)信號(hào)經(jīng)過(guò)RF放大器時(shí)，IP3只會(huì)略有下降。

選擇輸出功率水平

雖然輸出功率水平高達(dá)15 dBm時(shí)電路的OIP3水平介于35 dBm至40 dBm范圍內(nèi)，但實(shí)際工作時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，尤其在包絡(luò)調(diào)制方案并非恒定不變的情況下，此類(lèi)方案往往擁有相對(duì)較高的峰均比。為了理解這一點(diǎn)，請(qǐng)檢查電路的輸入電壓與輸出功率傳遞函數(shù)，然后考慮IQ調(diào)制器輸入端的典型驅(qū)動(dòng)電平。

圖4顯示了使用CW正弦波驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)以輸出功率(dBm)和輸入電壓(V p-p)表示的電路傳遞函數(shù)。ADL5375等IQ調(diào)制器通常由雙通道、電流輸出、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)驅(qū)動(dòng)。一般而言，DAC的兩個(gè)電流輸出端（標(biāo)稱范圍是0 mA至20 mA）會(huì)通過(guò)兩個(gè)50 Ω電阻接地，并且每個(gè)IQ輸入端上會(huì)放置兩個(gè)100 Ω分流電阻（有關(guān)此接口的更多信息，請(qǐng)參見(jiàn)電路筆記CN-0205）。DAC在0 dBFS條件下運(yùn)行時(shí)，這對(duì)應(yīng)于IQ調(diào)制器上的驅(qū)動(dòng)電平為1 V p-p或0.353 V rms（這里忽略了低通濾波器的插入損耗，該濾波器通常放置在DAC和IQ調(diào)制器之間）。這樣就會(huì)產(chǎn)生約13 dBm的輸出功率。

假設(shè)IQ調(diào)制器的I和Q輸入端如上文所述通過(guò)100 Ω電阻端接，則可相對(duì)于典型ADI DAC的dBFS驅(qū)動(dòng)電平來(lái)繪制輸出功率曲線（見(jiàn)圖5）。因此，0 dBFS的驅(qū)動(dòng)電平對(duì)應(yīng)于1 V p-p，這樣也就產(chǎn)生了與上文所述相同的13 dBm輸出功率。

圖5還顯示了I和Q輸入端未通過(guò)100 Ω電阻端接時(shí)電路的傳遞函數(shù)。由于得到的DAC電壓驅(qū)動(dòng)電平增加一倍（最大2 V p-p），因此得到的輸出功率相對(duì)于同樣的DAC驅(qū)動(dòng)電平增加了6 dB。

雖然在沒(méi)有I和Q端接電阻的情況下電路也可以運(yùn)行，但這確實(shí)為通常放置在DAC和IQ調(diào)制器之間的濾波器帶來(lái)了一些問(wèn)題。由于該濾波器一般兩端都會(huì)端接，因此最好在IQ調(diào)制器的I和Q輸入端之間放置一些電阻（這些輸入端的未端接輸入電阻值約為60 kΩ）?？衫?00 Ω至1000 Ω范圍內(nèi)的電阻值來(lái)提高得到的DAC電壓驅(qū)動(dòng)電平和對(duì)應(yīng)的輸出功率。但是，設(shè)計(jì)DAC和IQ調(diào)制器之間的濾波器時(shí)要小心謹(jǐn)慎，確保其支持不同的源阻抗和負(fù)載阻抗。

如上所述，從圖4和圖5中可以看出，采用1 V p-p正弦波(0 dBFS)信號(hào)時(shí)輸出功率約為13 dBm（I和Q輸入端通過(guò)100 Ω電阻端接）。實(shí)際上，DAC驅(qū)動(dòng)電平必須略低于0 dBFS，以減少失真（通常為1 dB至2 dB）。除此之外，均方根驅(qū)動(dòng)電平也應(yīng)該降低一些，具體幅度等于載波調(diào)制的峰均比。峰值包絡(luò)功率(PEP)與均方根功率之比通常在5 dB（對(duì)于類(lèi)似于QPSK的調(diào)制方案，在調(diào)制為恒定包絡(luò)的特殊情況下則為0 dB）至10 dB（對(duì)于更高階的QAM調(diào)制方案）范圍內(nèi)。參見(jiàn)圖6，這表明0 dBm至10 dBm范圍內(nèi)的輸出功率水平是可行的。

單載波寬帶碼分多址(WCDMA)信號(hào)的鄰道功率比(ACPR)已成為評(píng)估電路系統(tǒng)級(jí)失真（也就是相對(duì)于僅依靠IP3和IMD電平的評(píng)估）的主流指標(biāo)。圖6顯示了測(cè)得的電路ACPR與輸出功率水平之間的關(guān)系。在采用WCDMA信號(hào)的情況下，ACPR定義為載波（帶寬為3.84 MHz）中的功率與鄰道（通道間隔為5 MHz）中的功率之比，同樣也是在3.84 MHz帶寬條件下測(cè)量。該曲線還顯示了同類(lèi)測(cè)量的相間通道功率比，但是載波偏移為10 MHz。

本例中，信號(hào)的PEP與均方根之比約為10 dB（WCDMA信號(hào)的峰均比視載波的配置及加載方式而定）。根據(jù)該曲線和所需的ACPR級(jí)別，在0 dBm至10 dBm范圍內(nèi)選擇一個(gè)輸出功率水平。功率水平低于0 dBm時(shí)，ACPR開(kāi)始取決于電路逐漸降低的信噪比。

常見(jiàn)變化

ADL5320驅(qū)動(dòng)器放大器的額定工作范圍是400 MHz至2.7 GHz。這樣很方便地涵蓋了ADL5375 IQ調(diào)制器額定頻率范圍的較低部分。在2.3 GHz至4 GHz的頻率范圍內(nèi)工作時(shí)，推薦使用ADL5321驅(qū)動(dòng)器放大器。ADL5320和ADL5321都必須調(diào)諧至各自的工作頻率范圍內(nèi)。這兩款器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)都包含一些表格，其中提供了針對(duì)常用工作頻率進(jìn)行元件調(diào)諧的推薦值。

也可以使用ADL5601或ADL5602等內(nèi)部匹配的寬帶增益模塊來(lái)在IQ調(diào)制器的輸出端提供增益。然而，由于這類(lèi)器件的OIP3較低（相對(duì)于ADL5320和ADL5321而言），因此它們往往決定電路的總體IP3并使其降低。

許多窄帶IQ調(diào)制器都可在其工作頻率范圍內(nèi)提供更高的性能。例如,ADL5370/ADL5371/ADL5372/ADL5373/ADL5374。與ADL5375相比，這些窄帶器件可提供更高的增益和OIP3。與ADL5320及ADL5321驅(qū)動(dòng)器放大器搭配使用時(shí)，最終結(jié)果就是總輸出功率更高，而復(fù)合OIP3相似。

ADRF6701/ADRF6702/ADRF6703/ADRF6704系列窄帶IQ調(diào)制器集成鎖相環(huán)(PLL)和壓控振蕩器(VCO)。這些器件的性能與ADL5370/ ADL5371/ ADL5372/ ADL5373/ ADL5374系列相似，但集成度更高。

有許多選項(xiàng)可用于驅(qū)動(dòng)IQ調(diào)制器的I和Q輸入端。AD9125和AD9122均為16位雙通道DAC，工作速率分別是1 GSPS和1.2 GSPS。這些器件可用于生成基帶頻譜（以0 Hz為中心）或復(fù)數(shù)中頻頻譜（通常在100 MHz至200 MHz范圍內(nèi)）。

電路評(píng)估與測(cè)試

該電路使用包含ADL5320驅(qū)動(dòng)器放大器的ADL5375評(píng)估板(ADL5375-05-EVALZ)來(lái)實(shí)現(xiàn)。此電路板可配置為提供IQ調(diào)制器輸出信號(hào)，或者復(fù)合調(diào)制器和放大器信號(hào)。此電路板的默認(rèn)配置是調(diào)制器和放大器復(fù)合輸出，并且放大器調(diào)諧為在1800 MHz至2200 MHz范圍內(nèi)工作。如上所述，ADL5320數(shù)據(jù)冊(cè)提供了為支持其它頻率進(jìn)行電容調(diào)諧的值和布放位置。

設(shè)備要求

需要以下設(shè)備：

. The ADL5375 evaluation board ( ADL5375-05-EVALZ)

. ADL5375評(píng)估板(ADL5375-05-EVALZ)

. Two RF signal generators: Agilent 8648C or equivalent operating at 25 MHz and 26 MHz

. 兩個(gè)RF信號(hào)發(fā)生器：Agilent 8648C或等效器件，工作頻率為25 MHz和26 MHz

. A RF signal generator: Agilent 8648C or equivalent operating at approximately 2 GHz

. 一個(gè)RF信號(hào)發(fā)生器：Agilent 8648C或等效器件，工作頻率約為2 GHz

. A RF spectrum analyzer: Rohde & Schwarz FSIQ, Rohde & Schwarz FSQ, Agilent PSA, or equivalent

. 一個(gè)RF頻譜分析儀：Rohde & Schwarz FSIQ、Rohde & Schwarz FSQ、Agilent PSA或等效器件

. A ZFSC-2-2-S+ 180° power splitter/combiner, Mini-Circuits

. 一個(gè)ZFSC-2-2-S+ 180°功率分路器/合成器，Mini-Circuits

. A ZMSCQ-2-50+ 90° power splitter, Mini-Circuits

. 一個(gè)ZMSCQ-2-50+ 90°功率分路器，Mini-Circuits

. Two ADT2-1T 1:2 baluns, Mini-Circuits

. 兩個(gè)ADT2-1T 1:2巴倫，Mini-Circuits

. Four ZFBT-6GW-FT+ bias tees, Mini-Circuits

. 四個(gè)ZFBT-6GW-FT+偏置器，Mini-Circuits

設(shè)置與測(cè)試

圖7顯示了用于IP3測(cè)試和功率掃描測(cè)試的測(cè)試設(shè)置。兩個(gè)工作頻率分別為25 MHz和26 MHz的RF信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)一個(gè)具有良好輸入間隔離的180°分相器/合相器以無(wú)源方式合并。接著，該雙音信號(hào)被施加到一個(gè)90°分相器，該分相器的額定工作頻率范圍是25 MHz至50 MHz。然后，這些分相器輸出再施加到兩個(gè)1:2變壓器，從而產(chǎn)生差分輸出信號(hào)（分相器的0°輸出應(yīng)該傳送到IQ調(diào)制器的IP和IN輸入端）。這些差分信號(hào)再施加到四個(gè)偏置器，從而偏置為0.5 V。該網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)100 Ω電阻端接（ADL5375評(píng)估板上提供用于這些電阻的焊盤(pán)）。

ADL5375的本振(LO)由第三個(gè)信號(hào)發(fā)生器提供，產(chǎn)生0 dBm。最終輸出頻率等于輸入RF信號(hào)頻率與LO頻率之差。因此，如果雙音信號(hào)的頻率為25 MHz和26 MHz，而LO的頻率為2150 MHz，則輸出頻譜會(huì)出現(xiàn)在2124 MHz和2125 MHz。

也可以使用包含ADL5375 IQ調(diào)制器的AD9122雙通道DAC評(píng)估板(AD9122-M5375-EBZ)來(lái)實(shí)現(xiàn)本電路。這種情況下，應(yīng)將ADL5375 IQ調(diào)制器的輸出端連接到獨(dú)立的ADL5320評(píng)估板(ADL5320-EVALZ)。這種方法的好處是DAC可以生成適當(dāng)偏置的差分信號(hào)，而無(wú)需偏置器、分相器和變壓器。