利用LO二分频调制器构建宽带低EVM直接变频发射机 (CN0144)

本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68.75 MHz至2.2 GHz范围内的RF频率。与使用1分频LO级的调制器（如CN-0134所述）不同，本电路不需要对LO进行谐波滤波。为实现最佳性能，只要求调制器的LO输入采用差分方式驱动。ADF4350 提供差分RF输出，因此非常适合这种调制器。低噪声LDO确保电源管理方案对相位噪声和误差矢量幅度(EVM)无不利影响。这种器件组合可以提供68.75 MHz至2.2 GHz频率范围内业界领先的直接变频发射机性能。对于2.2 GHz以上的频率，建议使用CN-0134所介绍的1分频调制器。

图1. 直接变频发射机（原理示意图：未显示去耦和所有连接）

 

图1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL ADF4350和宽带发射调制器 ADL5385 。ADF4350向发射正交调制器ADL5385提供本振（LO频率为调制器RF输出频率的2倍）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。ADF4350采用超低噪声3.3 V ADP150调节器供电，以实现最佳LO相位噪声性能。ADL5385则采用5 VADP3334 LDO供电。ADP150 LDO的输出电压噪声仅为9 μV均方根值（从10 Hz积分到100 kHz），有助于优化VCO相位噪声并减小VCO推压的影响（等效于电源抑制）。 更多有关CN-0147的内容参见利用ADP150 LDO为ADF4350供电。

ADL5385利用2分频模块产生正交LO信号。因此，正交精度取决于输入LO信号的占空比精度（以及内部分频器触发器的匹配度）。上升和下降时间的任何不平衡都将导致出现偶次谐波，并表现在ADF4350 RF输出上。而采用差分方式驱动调制器LO输入时，可以消除偶次谐波，从而改善整体正交产生情况。（参见“Wideband A/D Converter Front-End Design Considerations: When to Use a Double Transformer Configuration.” Rob Reeder and Ramya Ramachandran. Analog Dialogue, 40-07）

边带抑制性能取决于调制器正交精度，因此以差分方式驱动LO输入可以实现优于单端方式的边带抑制性能。ADF4350提供差分RF输出，而大多数集成VCO的PLL竞争器件则提供单端输出。

ADF4350输出匹配包括 Z_BIAS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(Z_BIAS = 50 Ω) ，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。对于1 GHz以下的LO工作频率，应使用19 nH或更高的电感值。本电路的测量结果采用Z_BIAS = 50 Ω 和+5 dBm的输出功率设置获得。使用50 Ω电阻时，此设置使得各输出在全频带范围内提供大约0 dBm，或者+3 dBm差分。ADL5385 LO输入驱动水平额定值为−10 dBm至+5 dBm，因此可以降低ADF4350输出功率，以节省电流。

图2. 边带抑制，RFOUT从68.75 MHz扫频至2200 MHz

 

边带抑制扫频与RF输出频率的关系如图2所示。此次扫频的测试条件如下：基带I/Q幅度 = 1.4 V峰峰值差分正弦波，与500 mV直流偏置正交；基带I/Q频率(fBB) = 1 MHz；LO = 2 × RFOUT。测试设置示意图如图3所示。标准ADL5385评估板不允许采用差分LO输入驱动，可用经过修改的ADL5385评估板。

图3. 边带抑制测量测试设置（原理示意图）

 

与采用低噪声RF信号发生器驱动ADL5385（数据手册测量设置所用的方法）相比，本电路可实现与之相当或更佳的边带抑制性能。使用ADF4350的差分RF输出可消除偶次谐波，并改善调制器正交精度，从而影响边带抑制性能和EVM（误差矢量幅度）。利用图1所示电路进行测量发现，单载波W-CDMA复合EVM优于2%。因此，它为68.75 MHz至2.2 GHz范围内的频率提供了一种低EVM宽带解决方案。对于2.2 GHz以上的频率，应当使用CN-0134所介绍的1分频调制器模块。