适用于2GHz至12GHz的BPSK调制器

作者:Weston Sapia and Bruce Hemp

二进制相移键控（BPSK），也称为双相调制，是一种简单、流行的数字调制方案。符号星座尽可能远，这对于弱信号工作是可取的。BPSK还因其相对简单的频谱扩展能力而广受欢迎。因此，BPSK在弱信号通信、扩频、测距和雷达系统中都有应用。

LTC®5548 基本上是一款具有一个 DC 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，因此调制器的频率范围仅限于LO和RF端口都可以处理的频率范围。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可生成基带波形。

图1.用作BPSK调制器的RF混频器。电阻R1和R2将每个IF输入设置为50Ω，适合使用现代实验室测试设备驱动。

图2.BPSK 调制器的测试设置。

调制器中频输入信号

LTC5548 直流耦合 IF 输入端的基带驱动电平应符合以下准则：

驱动应始终为差分（平衡），共模电压为0.0V。

每个IF引脚的典型驱动电平可为连续±0.1V （0.2VP-P).

每个IF引脚的驱动电平在信号峰值上不应超过±0.2V （0.4VP-P).

每个IF引脚的驱动电平不得超过±0.3V绝对最大额定值。此外，如此大的输入信号通常会在RF输出端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。通常，LO泄漏处于无法通过直流失调调整完全消除的相位。因此，使用直流失调调整可以减少但不能消除LO泄漏。

图3显示了构成差分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，信号是差分的，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-输入引脚上测量。符号速率 = 数据速率 = 5Mbps。

无线辐射BPSK信号的应用往往受益于基带源的数字滤波。在其他应用中，调制信号带宽可能不是问题，几乎不需要基带滤波。图4显示了带基带滤波和不带基带滤波的调制器输出频谱。

图4.调制器输出，同时由 5Mbps PN9 数据驱动。数字输入滤波提供脉冲整形，可有效降低输出带宽。这里，数字滤波器选择是根升余弦响应，alpha = 0.35。迹线平均屏蔽了数字滤波信号上的4.0dB峰均比。

示例 1：2.4GHz BPSK 调制器

矢量信号分析仪 （VSA） 测量 LTC5548 的 BPSK 调制准确度。调制器原理图如图1所示，每个差分输入引脚信号驱动如图3所示。测试设置如图 2 所示。EVM 测量优于 0.5% rms，对于 BPSK 通信系统来说令人满意。

图5.BPSK 调制精度为 2.4GHz。VSA 测量滤波器是根升高的余弦响应，alpha = 0.35。输出功率测量值为 –2.6dBm。

示例 2：8.6GHz BPSK 调制器

在8.6GHz下测试相同的电路时，我们看到输出功率降低，LO泄漏增加。相位误差增加是由于LO在较高频率下的相位噪声增加，以及VSA在较高频率下的残余相位噪声增加。EVM = 0.6% 的总体调制精度对于 BPSK 来说仍然是可以接受的。

图6.8.6GHz 时的调制精度。输出功率测量值为 –5.8dBm。

示例 3：使用内部 ×2 LO 乘法器的 12 GHz BPSK 调制器

在本测试中，我们将LO频率提高到12 GHz，该频率源自内部LTC5548 LO倍频器。通过这种方式，测试还包括LO倍增器可能产生的任何残余相位噪声误差。外部LO驱动频率为6GHz，×2（引脚8）连接高电平。

与较低频率相比，VSA 仅显示轻微、逐渐的性能下降。EVM 优于 0.8%，对于 BPSK 应用来说是可以接受的。

图7.12GHz 调制精度，采用内部 LO ×2 乘法器。输出功率在 12GHz 时测量 –9 dBm。

结论

EVM 测量表明，随着 LO 频率的增加，EVM 和 LO 泄漏（IQ 偏移）会略有下降，但 BPSK 应用的性能仍然可以接受。

在上述所有三个示例中，符号速率 = 5Msps。如果在更高的LO频率和更宽的带宽（更快的符号速率）下工作，EVM将由于调制器RF端口的高频滚降而增加。对于这些高符号速率（或高芯片速率）应用，设计人员应自行进行测量，以确认调制精度是否仍可接受。

审核编辑：郭婷