不同LO频率下的BPSK调制器工作状态及性能分析 - 全文

二进制相移键控（BPSK）也称为双相调制，是一种简单的，流行的数字调制方案。符号星座尽可能相距很远，这对弱信号工作来说是可取的。BPSK因其相对简单的扩频能力而受欢迎。因此，BPSK可以应用于弱信号通信，扩频，测距和雷达系统[1]。

LTC5548基本上是一个具有直流耦合IF端口的无源双平衡混频器。作为BPSK调制器（图1），混频器不提供频率转换，因此调制器频率范围限于LO和RF端口均可处理的频率范围。图2显示了BPSK调制器的测试设置。具有差分输出的实验室级矢量信号发生器将生成基带波形。

图1.用作BPSK调制器的射频混频器电阻R1和R2构成的每个中频输入为50Ω，适合用现代实验室测试设备驱动。

图2. BPSK调制器的测试设置

调制器IF输入信号

LTC5548直流耦合IF输入的基带驱动电平应符合以下准则：

驱动器应始终为差分（平衡），采用0.0V共模。

每个IF引脚的典型驱动电平可以是±0.1V连续（0.2V p-p）。

每个IF引脚的驱动电平在信号峰值（0.4V p-p）上不应超过±0.2V。

每个IF引脚的驱动电平不得超过±0.3V绝对最大额定值。而且，这样大的输入信号通常在RF输出处产生不可接受的高频谱再生。

对于大多数应用，需要低LO泄漏，这意味着IF输入引脚上的直流失调电压应接近零伏特。通常，LO泄漏处于不能用DC偏移调整完全消除的相位。因此，使用直流偏置调整可以减少LO泄漏，但不能消除LO泄漏。

图3显示了组成差分IF输入信号的IF +和IF-引脚电压。测试电路如图1所示。请注意，信号是差分信号，以大约零伏为中心，符合上面列出的驱动电平标准。

图3.典型的调制器驱动波形，在IF +和IF-输入引脚处测得。符号率=数据率= 5Mbps。

通过空中辐射BPSK信号的应用往往受益于基带信号源的数字滤波。在其他应用中，调制的信号带宽可能不是问题，需要很少的基带滤波。图4说明了调制器的输出频谱，有和没有基带滤波。

图4.使用5Mbps PN9数据驱动时的调制器输出。数字输入滤波提供的脉冲整形在降低输出带宽方面非常有效。这里，数字滤波器的选择是根升余弦响应，α= 0.35。跟踪平均屏蔽了数字滤波信号的4.0dB峰均比。

例1：2.4GHz BPSK调制器

矢量信号分析仪（VSA）测量LTC5548的BPSK调制精度。调制器原理图如图1所示，每个差分输入引脚信号的驱动如图3所示。测试设置如图2所示。EVM测量值优于0.5％rms，这对于BPSK通信系统来说是令人满意的。

图5. 2.4GHz下的BPSK调制精度VSA测量滤波器是根升余弦响应，α= 0.35。输出功率测量值-2.6dBm。

例2：8.6GHz BPSK调制器

在8.6GHz测试的同一电路中，我们看到输出功率降低，LO泄漏增加。增加的相位误差可归因于较高频率处LO的相位噪声增加以及较高频率处VSA的较高残余相位噪声。对于BPSK，EVM的整体调制精度= 0.6％仍然可以接受。

图6. 8.6GHz时的调制精度输出功率测量值为-5.8dBm。

例3：使用内部×2 LO乘法器的12 GHz BPSK调制器

在这个测试中，我们将LO频率提高到12 GHz，源自内部LTC5548 LO倍频器。以这种方式，测试还包括LO倍频器可能贡献的任何残余相位噪声误差。外部LO驱动器为6GHz，X2（引脚8）绑定为高电平。

与较低的频率相比，VSA仅显示轻微的，逐渐的性能下降。EVM优于0.8％，可用于BPSK应用。

图7.使用内部LO×2乘法器的12GHz调制精度。输出功率在12GHz时测量为-9 dBm。

结论

EVM测量结果表明，随着LO频率的增加，EVM和LO泄漏（IQ偏移）轻微下降，但BPSK应用的性能仍然可以接受。

在以上三个例子中，符号率= 5Msps。如果工作在更高的LO频率和更宽的带宽（更快的符号速率），EVM将由于调制器RF端口的高频滚降而增加。对于这些高符号率（或高码片率）的应用，设计人员应该进行自己的测量，以确认调制精度仍然可以接受。

[1]例如，CDMA，GPS，WiMAX，WLAN和ZigBee等等。