一種射頻收發器的優化方案

　　引言

　　在現代收發器設計中，差分接口常用在中頻電路中以獲得更好的性能，但實際設計過程中，工程師需要處理幾個常見問題，包括阻抗匹配、共模電壓匹配以及復雜的增益計算。

　　1 差分接口優勢

　　差分接口有三大主要優勢。首先，差分接口可抑制外部干擾和接地噪聲。其次，它可以抑制偶次階輸出失真。這對于零中頻(ZIF)接收機非常重要，因為出現在低頻信號中的偶次階成分無法濾除。第三，輸出電壓可達到單端輸出的兩倍，從而將給定電源上的輸出線性度提高6 dB。

　　本文論述三種情況下的接口解決方案：ZIF接收機、超外差式接收機和發射機。這三種架構廣泛用于射頻拉遠單元(RRU)、數字直放站和其他無線測試儀器中。

　　2 ZIF接收機接口設計和增益計算

　　在零中頻(ZIF)接收機設計中，IF信號是復信號，直流和低頻率信號來提供有用信息。典型解調器在驅動200 Ω至450 Ω負載時可提供最佳性能，同時ADC驅動器的輸入阻抗一般并非50 Ω，因此設計系統時采用直流耦合很重要也很困難。

　　圖1顯示了一個ZIF接收機配置，它使用兩個低噪聲放大器(LNA) ADL5523 一個400MHz至6000MHz正交I/Q解調器ADL5380、一個作為本振(LO)的寬帶頻率合成器ADF4350以及一個雙通道數字可編程可變增益放大器(VGA)AD8366。表1顯示了相關ADL5380接口和增益參數。

　　圖1. ZIF接收機框圖

　　表1.ADL5380接口和增益參數

　　與具有217 Ω差分輸入阻抗的AD8366接口時，ADL5380具有5.9 dB電壓增益和–0.5 dB功率增益[5.9 dB – 10log (217/50)]。為獲得最佳性能，將ADL5380 ADJ引腳連接至VS，使ADL5380與AD8366間的共模電壓設置為2.5 V。在ADL5380與AD8366間放置具有0.5 dB插入損耗的差分四階巴特沃茲低通濾波器，以便抑制噪聲和高頻干擾成分。雖然濾波器會輸入和輸出阻抗并不匹配，但在基帶頻率下這些不匹配是可以忽略的。

　　表2.AD8366接口和增益參數

　　AD8366的共模輸出電壓可設置為2.5 V;當VCM保持浮空時其線性度最佳。遺憾的是，AD6642在0.9 V共模輸入電壓(0.5 × AVDD)下具有最佳性能。由于AD8366的共模輸出電壓必須介于1.6 V與3 V之間，因此AD6642 VCM和AD8366 VCM引腳無法直接連接，必須使用電阻將AD8366共模輸出電壓分壓至0.9 V。

　　為獲得最佳性能，AD8366應驅動200Ω載。要實現所需的共模電平和阻抗匹配，可在AD8366后添加63 Ω串聯電阻和39 Ω并聯電阻。這一電阻網絡將使信號功率衰減4 dB。

　　AD8366的輸出擺幅可達6 V p-p，但電阻網絡提供的4 dB衰減使AD6642得到的電壓限于2.3 V p-p，避免了較大干擾尖峰或增益的失控對ADC帶來損害。

　　在AD8366與AD6642間放置具有1.5 dB插入損耗的差分六階巴特沃茲低通濾波器，可以濾除高頻干擾成分。I或者Q通道的完整差分接口如圖2所示。

　　圖2.ZIF接收機接口框圖和仿真濾波器特性

　　為保留足夠的余量來應付整個溫度范圍內的增益變化，AD8366在正常模式下的增益設置為16 dB。

　　采用這種配置，整個信號鏈的增益如下：

　　5.9 dB – 10log (217/50) – 0.5 dB + 16 dB – 10log (200/217) – 1.5 dB – 4 dB = 9.9 dB.