CN0285 宽带低误差矢量幅度(EVM)直接变频发射机

CN0285 当单个滤波器无法完成所需的宽带操作时，可以使用 ADF4351的辅助输出，在两种类型的滤波器之间切换(见图 8)。使用一个RF双刀四掷开关(DP4T)选择滤波器1或滤波 器2的差分输出。 图8. 利用ADF4351的主输出和辅助输出实现滤波器切换的应用图   EVAL-CN0285-EB1Z评估板包含CN-0285中描述的电路，可以快速完成设置并评估电路性能。EVAL-CN0285-EB1Z板的控制软件使用标准ADF4351编程软件，该软件包含在评估板附带的光盘上。 设备要求 需要以下设备： 运行Windows®XP、Windows Vista(32位)或Windows 7，且带有USB端口的标准PC EVAL-CN0285-EB1Z电路评估板 ADF435x编程软件 5.5 V电源 I/Q信号源，如Rohde & Schwarz AMIQ 频谱分析仪，如Rohde & Schwarz FSQ8 更多信息可参考UG-521用户指南、ADF4351数据手册和ADL5375数据手册。 开始使用 有关软件安装和测试设置，请参考UG-521用户指南。此用户指南还包含原理框图、应用原理图、物料清单、布局布线和组装信息。更多信息可参考且带有USB端口的标准PC ADF4351数据手册和ADL5375数据手册。 功能框图 参见本文档中的图1和图6，以及UG-521用户指南。 设置与测试 设置设备后，使用标准RF测试方法测量电路的边带抑制。 图1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL IC ADF4351和宽带发射调制器 ADL5375。ADF4351向发射正交调制器ADL5375提供LO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。ADF4351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。ADL5375则采用5 V ADP3334LDO供电。ADP150LDO的输出电压噪声仅为9 μV rms，有助于优化VCO相位噪声并减少VCO推压的影响(等效于电源抑制)。 需要对ADF4351 RF输出进行滤波，以衰减谐波水平，使ADL5375正交产生模块的误差最小。依据测量和仿真得知，奇次谐波对正交误差的贡献大于偶次谐波；如果将奇次谐波衰减至−30 dBc以下，则可以实现−40 dBc或更好的边带抑制性能。ADF4351数据手册给出了其二次谐波(2H)和三次谐波(3H)水平，如表1所示。 为使三次谐波低于−30 dBc，大约需要衰减20 dB。 表1. ADF4351 RF输出谐波水平(未经滤波)  谐波成分  数值(dBc)  描述  第二  -19  基波VCO输出  第三  -13  基波VCO输出  第二  -20  分频VCO输出  第三  -10  分频VCO输出 本电路提供四种不同的滤波器选项，以适应四个不同的频 段。这些滤波器设计采用100 Ω差分输入(ADF4351 RF输出经适当匹配)以及50 Ω差分输出(ADL5375 LOIN差分阻抗)。并采用切比雪夫响应，以获得最佳滤波器滚降，但通带内纹波会增多。 滤波器原理图如图3所示。这种拓扑结构十分灵活，既可以使用全差分滤波器，使器件数量最少，也可以对各路输出使用一个单端滤波器，或者综合运用以上二者。我们发现，对于较高频率(>2 GHz)，两个单端滤波器的串联电感值是全差分滤波器电感值的两倍，因而器件寄生效应的影响得以减小，可提供最佳性能。对于较低频率(<2 GHz)，全差分滤波器足以满足需要。 ADF4351 输出匹配包括ZBIAS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(ZBIAS = 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。请注意，可以将并联电阻作为差分元件(即100 Ω)放置在C1c位置上，以最大程度减少电路板占位空间(见表2中的B型滤波器)。 将滤波器设计成截止频率约为目标频段中最高频率的1.2至1.5倍。该截止频率允许设计留有一定余量，因为通常截止频率会由于寄生效应而低于设计值。印刷电路板(PCB)寄生效应可以在电磁(EM)仿真工具中进行仿真，以提高精度。 图3. ADF4351 RF输出滤波器原理图   表2. ADF4351 RF输出滤波器元件值(DNI = 不插入)  频率范围(MHz)  ZBIAS  L1 (nH)  L2 (nH)  C1a (pF)  C1c (pF)  C2a (pF)  C2c (pF)  C3a (pF)  C3c (pF)  500至1300(A 型滤波器)  27 nH||50Ω  3.9  3.9  DNI  4.7  DNI  5.6  DNI  3.3  850至2450(B型滤波器)  19 nH||(100Ω，位置C1c)  2.7  2.7  3.3  100Ω  4.7  DNI  3.3  DNI  1250至2800(滤波器类型C)  50Ω  0Ω  3.6  DNI  DNI  2.2  DNI  1.5  DNI  2800至4400(滤波器类型D)  3.9 nH  0Ω  0Ω  DNI  DNI  DNI  DNI  DNI  DNI 从表2可以看出，在1250 MHz以下的较低频率时，需要一个五阶滤波器。对于1.25 GHz至2.8 GHz的频率，三阶滤波器便足够。对于2.8 GHz以上的频率，由于此时谐波水平非常低，足以满足边带抑制要求，因此无需滤波。 图4. B型滤波器的边带抑制(850 MHz至2450 MHz)   图5. EVM图   对于使用B型滤波器(800 MHz至2,400 MHz)的电路，其边带抑制性能与频率的关系如图4所示。此次扫描的测试条件如下： 基带I/Q幅度 = 1 V p-p差分正弦波与500 mV (ADL5375-05)直流偏置正交 基带I/Q频率(fBB) = 1 MHz. EVM衡量数字发射机或接收机的性能质量，反映幅度和相位误差所导致的实际星座点与理想位置的偏差(见图5)。 表3给出了有滤波器和无滤波器两种情况下的EVM测量结果。本例中，基带I/Q信号是利用3GPP测试模型4，使用Rhode & Schwarz AMIQ I/Q调制发生器，通过差分I和Q模拟输出产生。另外还使用了B型滤波器。图6为EVM测试设置的框图。为了进行比较，还测量了ADF4350。ADF4351由于带内PLL噪声性能改善产生较低的EVM可参见表3。其他改善EVM的因素有：ADF4351较低的鉴频鉴相器(PFD)杂散水平。 表3. 单载波W-CDMA复合EVM结果：ADF4351 RF输出端有滤波器和无滤波器两种情况对比(根据3GPP规范测试模型4测量)  频率(MHz)  ADF4350复合EVM，无LO滤波  ADF4350复合EVM，有LO滤波，滤波器B  ADF4351复合EVM，有LO滤波，滤波器B  2140  3.27%  1.31%  1.02%  1800  1.46%  1.13%  0.95%  900  10.01%  1.03%  0.96% 图6. EVM测量设置(原理示意图)   以差分方式驱动ADL5375 LO输入，除了可以改善边带抑制和EVM之外，还具有性能优势。与单端LO驱动相比，这一优势提高了调制器输出OIP2性能2 dB至5 dB。请注意，多数外部VCO仅提供单端输出，因此 ADF4351采用差分输出优于使用外部VCO。 图7显示使用850 MHz至2450 MHz滤波器(B型滤波器)的边带抑制结果。 图7. 850 MHz至2450 MHz、B型滤波器的边带抑制结果   有关本电路笔记的完整设计支持包，请参阅 http://www.analog.com/CN0285-DesignSupport. CN0285 宽带低误差矢量幅度(EVM)直接变频发射机 本电路为宽带直接变频发射机模拟部分的完整实现方案(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500 MHz至4.4 GHz范围 内的RF频率。对来自PLL本振(LO)进行谐波滤波，确保提 供出色的正交精度、边带抑制和低EVM。 图1. 直接变频发射机(原理示意图：未显示所有连接和去耦)   图2. CN-0285直接变频发射机评估板   低噪声、低压差调节器(LDO)确保电源管理方案对相位噪 声和EVM没有不利影响。这种器件组合可以提供500 MHz 至4.4 GHz频率范围内业界领先的直接变频发射机性能 CN0285 本电路为宽带直接变频发射机模拟部分的完整实现方案(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500 MHz至4.4 GHz范围 内的RF频率。对来自PLL本振(LO)进行谐波滤波，确保提 供出色的正交精度、边带抑制和低EVM。

宽带直接变频发射机

500MHz至4.4GHz RF

低相位噪声

低误差向量幅度(EVM)

(analog)