現有的蜂窩基站大多采用超外差結構發送或接收射頻信號。這種結構需要兩次變頻或更多的上、下變頻級

、中間濾波和模擬信號處理。圖1的de上shang半ban部bu分fen給gei出chu了le一yi個ge兩liang級ji轉zhuan換huan蜂feng窩wo基ji站zhan的de典dian型xing超chao外wai差cha發fa送song框kuang圖tu，很hen多duo此ci類lei發fa送song器qi已yi經jing被bei應ying用yong在zai單dan載zai波bo係xi統tong。因yin為wei多duo載zai波bo發fa送song器qi是shi從cong單dan載zai波bo發fa送song器qi複fu製zhi得de到dao的de，所suo以yi引yin入ru了le更geng多duo的de係xi統tong硬ying件jian。為wei了le努nu力li降jiang低di發fa送song器qi的de成cheng本ben
，許xu多duo係xi統tong設she計ji者zhe開kai始shi轉zhuan向xiang多duo載zai波bo發fa送song器qi和he簡jian單dan的de直zhi接jie變bian換huan射she頻pin結jie構gou。

 

圖1. 超外差變換和直接變換結構框圖

 

 

duozaibojiegoujiangdilefashetongdaoshu，zhijiebianhuanjiegouyoujidaixinhaozhijiebianhuanchengshepinxinhao，congerjianshaolemeigetongdaodeyuanqijianshuliang。zheliangzhongjiegoudouyaoqiukuandongtaifanweihegaoxianxingdudeyuanqijianlaimanzuzhenggexitongdeyaoqiu。tu2給出了一個直接變換發送器結構。這種特殊結構大大降低了轉換處理的級數。多級混頻器、放大器、中頻和射頻濾波都由一個單片集成方案所替代。

 

圖2. 直接變換結構

 

直到近期，數模轉換器(DAC)和直接變換調製器的性能還不足以支持3G多(duo)載(zai)波(bo)蜂(feng)窩(wo)基(ji)站(zhan)的(de)要(yao)求(qiu)。新(xin)一(yi)代(dai)通(tong)信(xin)基(ji)站(zhan)的(de)發(fa)送(song)器(qi)設(she)計(ji)即(ji)要(yao)求(qiu)低(di)成(cheng)本(ben)又(you)要(yao)求(qiu)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，在(zai)搭(da)建(jian)基(ji)礎(chu)發(fa)射(she)架(jia)構(gou)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)，射(she)頻(pin)調(tiao)製(zhi)器(qi)的(de)選(xuan)擇(ze)起(qi)著(zhe)舉(ju)足(zu)輕(qing)重(zhong)的(de)作(zuo)用(yong)。

 

 

Maxim近期推出了一款直接正交射頻調製器MAX2022，能夠滿足這些需求。這款器件提供極寬的動態範圍，為發送器設計者在整個係統性能優化方麵提供了極大支持。

 

它具有非常高的OIP2和OIP3，配合接近-174dBm/Hz的輸出噪聲基底,可確保真正的多載波性能。單一發送器架構可以支持多種類型的調製方式，從CDMA2000、WCDMA到OFDM，並支持多達9個載波。在發送器設計中充分利用這些調製性能
，可以有效降低係統的硬件需求，從而降低成本
，並可提高鏈路的靈活性。 

 

MAX2022采用矽鍺工藝

，覆蓋了1500MHz至2500MHz頻率範圍。圖3所示為本電路的內部結構。

 

圖3. MAX2022射頻調製器性能

 

MAX2022具有內部50Ω匹配的單端本振輸入，允許本振的輸入驅動範圍是-3dBm到+3dBm。本振經過內部緩衝，由一個正交分路器分成兩部分

，分別送到兩個無源混頻器。I、Q正交輸入為差分輸入，具有44Ω輸入阻抗。大於1GHz的(de)輸(shu)入(ru)帶(dai)寬(kuan)使(shi)這(zhe)款(kuan)芯(xin)片(pian)既(ji)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)基(ji)帶(dai)直(zhi)接(jie)到(dao)射(she)頻(pin)的(de)調(tiao)製(zhi)器(qi)
，也(ye)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)正(zheng)交(jiao)中(zhong)頻(pin)輸(shu)入(ru)的(de)鏡(jing)頻(pin)抑(yi)製(zhi)混(hun)頻(pin)器(qi)。正(zheng)交(jiao)輸(shu)入(ru)可(ke)直(zhi)接(jie)與(yu)電(dian)流(liu)輸(shu)出(chu)DAC接口
，省去了中間緩衝放大器，傳統方案中的中間級緩衝放大器既限製了性能又增加了成本。混頻器將信號混頻後送到內部50Ω匹配的單端射頻輸出。

 

 

射頻調製器的性能由幾個獨立的參數決定
，MAX2022在所有相關領域都有出色的表現。在P1dB為+12dBm時
，OIP3為+22dBm。多載波之間的互調取決於OIP3，較高的OIP3可以確保較低的互調失真
，OIP2是另外一個針對零中頻應用的重要參數。MAX2022在UMTS波段的OIP2為+50dBm
，OIP2對基帶信號意義重大

，基帶信號的二次諧波將在射頻輸出產生頻譜擴展，從而損害ACLR性能。較高的OIP2可以確保較低的ACLR失真。圖4所示是對該款芯片OIP2
、OIP3測試結果
，以及輸出功率在1500MHz至2500MHz頻率範圍內的變化曲線。

 

圖4. MAX2022 OIP2
、OIP3、POUT與頻率的對應關係

 

與無源混頻器相比，MAX2022的噪聲基底指標得到極大的改善。這些器件在典型輸出信號幅度下噪聲電平接近-174dBm/Hz。本振緩衝器的相位噪聲會對大於-10dBm的信號產生影響，不過，緩衝器-164dBc/Hz的超低相位噪聲設計能夠保證係統的性能。

 

圖5. 噪聲基底與輸出功率

 

射頻調製器的另一關鍵指標是動態範圍，定義為最大有效信號電平(表示為P1dB)與噪聲基底之差。MAX2022具有186dB的動態範圍，遠遠超過了其它集成射頻調製器。

 

在PCS和UMTS波段，本振泄漏小於-40dBm
，邊帶抑製優於45dB。數字預校準控製環路可以近一步優化性能，使本振泄漏低於-80dBm、邊帶抑製優於60dB。射頻通帶平坦度在100MHz帶寬內優於0.5dB，非常適合寬帶係統。
 

工作在UMTS波段的多載波WCDMA
 

多項性能指標綜合體現出的優勢在於多載波的互調特性。從本文可以看出，MAX2022能夠提供出眾的性能。

 

作為一個例子
，我們考慮一個4載波WCDMA調製信號，發送器設計必須符合WCDMA載波本身的帶寬要求，等於20MHz。另外，為修正由功率放大器造成的後續失真，需要給發射信號加入數字預失真，這樣，帶寬要求可能超出100MHz。圖6給出了這種信號的頻譜。

 

圖6. 4載波UMTS頻譜

 

從圖中可以看出超常寬帶使發送器輸出頻譜超出了UMTS的(de)帶(dai)寬(kuan)限(xian)製(zhi)。這(zhe)要(yao)求(qiu)發(fa)送(song)器(qi)的(de)噪(zao)聲(sheng)指(zhi)標(biao)必(bi)須(xu)符(fu)合(he)發(fa)送(song)器(qi)模(mo)板(ban)的(de)要(yao)求(qiu)，超(chao)出(chu)頻(pin)帶(dai)邊(bian)緣(yuan)，但(dan)不(bu)需(xu)要(yao)射(she)頻(pin)濾(lv)波(bo)器(qi)來(lai)處(chu)理(li)雜(za)散(san)信(xin)號(hao)和(he)噪(zao)聲(sheng)電(dian)平(ping)。這(zhe)對(dui)射(she)頻(pin)調(tiao)製(zhi)器(qi)提(ti)出(chu)了(le)很(hen)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)，MAX2022的寬頻帶和大動態範圍可以支持這樣的係統設計。

 

圖7所示是在UMTS波段產生的單載波
、雙載波以及4載波WCDMA的ACLR性能。基於超寬的動態範圍，MAX2022可以在非常寬的輸出功率範圍維持良好的ACLR。圖中還提供了噪聲性能，以說明在指定的ACLR指標下所能提供的動態範圍。例如，對於-28dBm/載波的4載波WCDMA信號，ACLR可以達到66dB，輸出噪聲基底為-173.5dBm/Hz。

 

圖7. 1
、2或4載波WCDMA信號的ACLR和噪聲性能

 

MAX2022的良好性能同樣可以用來產生其它類型的調製


，例如OFDM、QAM等。在CDMA2000和TD-SCDMA係統中可以支持到9載波。一係列的硬件配置可以實現任何調製方式。

 

 

高度集成的MAX2022的接口設計使它對外圍輔助電路的要求非常少，降低了係統成本。內部匹配的本振緩衝器和平衡變換器設計允許在-3dBm到+3dBm的低本振功率水平使用單端本振接口。集成的射頻平衡變換器允許50Ω阻抗匹配的單端射頻輸出。基帶信號的I和Q分量輸入采用差分輸入接口，具有44Ω內部阻抗匹配。這些特性使得芯片可以直接與高性能的電流輸出DAC連接，不需要中間緩衝放大器。按照MAX2022的性能指標，要找到一個不降低器件自身性能的外部基帶放大器很困難。幸運的是，在MAX2022應用配置中，這些基帶放大器並不是必須的。圖8提供了一個DAC與MAX2022終端接口的推薦電路。50Ω到地的電阻提供了適當的DAC端接，20mA典型值的峰值電流可對應產生0dBm的基帶輸入。

 

圖8. DAC與基帶輸入接口

 

為確保MAX2022的性能指標，必須進行仔細的係統級設計。圖9是一個推薦配置

，帶有數字預失真能力的4載波WCDMA調製。圖中標出了該電路每一級的輸出信號電平、噪聲電平以及ACLR。

 

圖9. Tx信號分析

 

從DAC開始，我們要求一個可以產生50MHz帶寬的器件，並且ACLR遠遠優於這個設計的目標值65dB，同時噪聲和雜散電平要比較低。MAX5895是一個可以滿足這些要求的器件。關鍵的DAC指標是4載波工作下的ACLR
，以及噪聲和雜散電平。在這個應用中推薦使用內插式DAC，這類DAC能夠在相對較低的輸入數據速率下運行在較高輸出采樣率。這時
，插值濾波器的衰減很關鍵，因為DAC後續的低通濾波器對臨近插值鏡頻分量沒有足夠的衰減。內插式DAChuizaijidaishurushujusulvdezhengshubeichuchanshengjingpinfenliang。ruguomeiyouzaitiaozhiqideshurujixiaochuzhexiefenliang
，jingpinfenlianghuizaitiaozhiqideshuchuchanshengyanzhongdebiandai。MAX5895 95dB內插鏡頻抑製對於這類應用非常理想。這從根本上降低了DAC後續濾波器的複雜性。

 

從調製器輸出可以看出，調製器輸出信號電平為每載波-28dBm，共計-22dBm。調製器性能決定ACLR為+66dB (DAC指標對其沒有限製)。然而
，噪聲基底已經從調製器的-174dBm/Hz增大到-170dBm/Hz。這是由級聯的DAC噪聲電平造成的。因此，為了得到最優的設計，必須仔細的選擇線路中的每個單元。

 

RF放大器需具有非常低的噪聲係數和適當的OIP3，避免級聯ACLR的劣化。如果增益為12dB
，這一級的OIP3最好大於+30dBm。選擇高OIP3的輸出級可以避免級聯ACLR的劣化。可以選用射頻可調增益放大器MAX2057
，它能夠調節整個環路的增益。+37dBm的OIP3確保級聯ACLR保持在+65dB。 

 

當每載波維持在-139dBc/Hz的噪聲基底時，此發送器應可以產生+65dB的ACLR。這樣的噪聲基底和雜散電平是在沒有射頻濾波器的情況下得到的。可以在多波段係統中采用相同的硬件配置

，不需要作任何改動。

 

 

新型調製器MAX2022使發送設備能夠達到一個新的水準。可以構成零中頻和鏡頻抑製方案。利用該器件可以很容易地改善係統指標、降低成本，實現一個靈活的發送器架構，幫助設計人員提高發送器的設計效率。 

 

本文來源於Maxim。