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      從24GHz至44GHz,這兩款寬帶集成變頻器提升你的微波無線電性能

      發布時間:2021-05-08 來源:James Wong, Kasey Chatzopoulos, 和 Murtaza Thahirally 責任編輯:wenwei

      【導讀】ADI的ADMV1013 和 ADMV1014這兩顆器件的工作頻率極寬,從24 GHz到44 GHz,并提供50 ?匹配,同時可以支持大于1 GHz的瞬時帶寬。ADMV1013 和 ADMV1014的性能特性簡化了小型5G毫米波(mmW) 平臺的設計和實現,這些平臺包括回傳和前傳應用中常見的 28 GHz和39 GHz頻段,以及許多其他的超帶寬發射器和接收器應用。
       
      每個上變頻器和下變頻器芯片都是高集成的(見圖1),由IQ混頻器及片內正交移相器構成,可配置為基帶IQ模式(零中頻,IQ頻率支持dc至6 GHz),或者配置為中頻模式(實中頻,中頻頻率支持800 MHz至6 GHz)。上變頻器的RF輸出端集成了一個含壓控衰減器(VVA)的驅動放大器,下變頻器的RF輸入端包含低噪聲放大器(LNA)和帶VVA的增益放大器。兩個芯片的本振(LO)鏈路由一個集成式LO緩沖放大器、一個四倍頻器和一個可編程的帶通濾波器組成。大部分可編程和校準功能都通過SPI接口進行控制,這使得IC易于通過軟件配置至出色的性能水平。
       
      從24GHz至44GHz,這兩款寬帶集成變頻器提升你的微波無線電性能
      圖1. (a) ADMV1013上變頻器芯片框圖。(b) ADMV1014下變頻器芯片框圖。
       
      ADMV1013上變頻器內部視圖
       
      ADMV1013提供兩種頻率轉換模式。一種模式是從基帶I和Q直接上變頻至RF頻段。在這種I/Q模式下,基帶I和Q差分輸入信號范圍是從dc到6 GHz,例如,由一對高速數模轉換器(DAC)產生的信號。IQ輸入信號的共模電壓范圍為0 V至2.6 V;因此,它們可以滿足大部分DAC的接口需求。當所選DAC的共模電壓在這個范圍內時,可以通過配置上變頻器的寄存器,使其輸入共模電壓和 DAC輸出的共模電壓實現最佳的匹配,從而簡化接口設計。另一種模式是復IF輸入(例如由正交數字上變頻器器件生成的信號),單邊帶上變頻到RF頻段。ADMV1013的獨特之處在于,它能夠在I/Q模式下對I和Q混頻器的直流偏置誤差進行數字校正,從而改善RF輸出的LO泄漏。校準之后,在最大增益下,RF輸出 端的LO泄漏可以低至-45 dBm。對零中頻無線電設計造成妨礙的一個更困難的挑戰是I和Q的相位不平衡,導致邊帶抑制能力差。零中頻面臨的另一個挑戰是邊帶通常太接近微波載波,使濾波器難以實現。ADMV1013解決了這個問題,它允許用戶通過寄存器調諧對I和Q相位不平衡進行數字校正。正常操作期間,上變頻器展現出未經校準的26 dBc邊帶抑制。使用片內寄存器之后,其邊帶抑制經過校準可以提高到約36 dBc。兩種校準特性都是通過SPI實現,無需額外電路。在I/Q模式下,還可以通過調節基帶I和Q DAC的相位平衡來進一步提高邊帶抑制。這些性能增強特性幫助最小化外部濾波,同時改善微波頻率下的無線電性能。
       
      集成了LO緩沖器之后,該部件所需的驅動力僅為0 dBm。因此, 可使用集成壓控振蕩器(VCO)的頻綜(例如 ADF4372 或 ADF5610), 直接地驅動該器件,進一步減少外部組件數量。片內四倍頻器 將LO頻率倍升至所需的載波頻率,然后通過可編程的帶通濾波器濾除不需要的倍頻器諧波,該帶通濾波器放置在混頻器正交相位生成模塊之前。這種布局大大減少了進入混頻器的雜散頻率,同時允許該部件與外部低成本、低頻率的頻率合成器/VCO協同工作。然后,經過調制的RF輸出通過一對放大器級(兩者 中間存在一個VVA)進行放大。增益控制模塊為用戶提供35 dB調節范圍,最大級聯轉換增益為23 dB。ADMV1013采用40引腳基板柵格陣列封裝(見圖2)。這些特性結合起來,可以提供卓越的性能、最大的靈活性和易用性,同時最大程度減少需要的外部 組件的數量。因此,可以實現小型蜂窩基站等小型微波平臺。
       
      從24GHz至44GHz,這兩款寬帶集成變頻器提升你的微波無線電性能
      圖2. 采用6 mm × 6 mm表貼封裝的ADMV1013在評估板上的圖示。
       
      ADMV1014下變頻器內部視圖
       
      ADMV1014也有一些相似的元件,例如其LO路徑中包含LO緩沖器、四倍頻器、可編程的帶通濾波器,以及正交移相器。但是,構建作為下變頻器件(見圖1b中的框圖),ADMV1014的RF前端中安裝有一個LNA,緊接著安裝了一個VVA和一個放大器。連續的19 dB增益調整范圍由施加給VCTRL引腳的dc電壓進行控 制。用戶可以選擇在I/Q模式下使用ADMV1014作為從微波到基帶dc的直接解調器。在這種模式下,經過解調的I和Q信號在各自的I和Q差分輸出處放大。它們的增益和dc共模電壓可以通過SPI由寄存器設置,使得差分信號可以dc耦合到(例如)一對基帶模數轉換器(ADC)?;蛘?,ADMV1014可以用作單端復IF端口的鏡 像抑制下變頻器。在任何一種模式下,I和Q相位、幅度的不平衡都可以通過SPI進行校正,在下變頻器解調至基帶或IF時,提高其鏡像抑制性能??偟膩碚f,下變頻器在24 GHz至42 GHz頻率范圍內,可以提供5.5 dB總級聯噪聲系數,以及17 dB最大轉換增益。當工作頻率接近基帶邊緣(高達44 GHz)時,級聯式NF 仍然堅定保持6 dB。
       
      從24GHz至44GHz,這兩款寬帶集成變頻器提升你的微波無線電性能
      圖3. 采用更小型的5 mm × 5 mm封裝的ADMV1014在評估板上的圖示。
       
      大幅提升5G mmW無線電性能
       
      圖4所示為下變頻器在28 GHz頻率時的測量性能,測量時,采用 5G NR波形,包含4個獨立的100 MHz通道,每個通道都在-20 dBm 輸入功率下調制至256 QAM。測量得出的EVM結果為-40 dB (1% rms),支持對mmW 5G所需的高階調制方案進行解調。憑借上下變頻器>1 GHz的帶寬容量,以及上變頻器的23 dBm OIP3和下變頻器的0 dBm IIP3,其組合可以支持高階QAM調制,從而實現更高的數據吞吐量。此外,該器件也支持其他應用,如衛星和地面接收站寬帶通信鏈路、安全通信無線電、RF測試設備和雷達系統。其出色的線性度和鏡像抑制性能令人矚目,與緊湊的解決方案尺寸、較小外形、高性能微波鏈路結合之后,可以實現寬帶基站。
       
      從24GHz至44GHz,這兩款寬帶集成變頻器提升你的微波無線電性能
      從24GHz至44GHz,這兩款寬帶集成變頻器提升你的微波無線電性能
      圖4. 測量得出的EVM性能(rms百分比)與28 GHz時的輸入功率以及對應的256 QAM星座圖。
       
      ADMV1014
       
      ●     寬帶RF輸入頻率范圍:24 GHz至44 GHz
      ●     2種下變頻模式
          ○ 從RF至基帶I/Q直接變頻
          ○ 鏡像抑制下變頻為復中頻
      ●     LO輸入頻率范圍:5.4 GHz至10.25 GHz
      ●     LO四倍頻器最高可達41 GHz
      ●     匹配50 Ω、單端RF輸入和復中頻輸出
      ●     匹配100 Ω平衡或50 Ω單端LO輸入之間的選項
      ●     具有可調輸出共模電壓電平的100 Ω平衡基帶I/Q輸出阻抗
      ●     鏡像抑制優化
      ●     用于設置混頻器輸入功率的平方律功率檢波器
      ●     用于接收器功率控制的可變衰減器
      ●     可通過四線式SPI接口編程
      ●     32引腳、5 mm × 5 mm LGA封裝
       
       
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