ADI实验室电路:如何在IQ调制器的输出端提供固定功率增益

电路功能与优势

无论IQ调制器是用于直接变频应用还是作为上变频器用于第一中频（IF），通常都会有一些增益直接施加在IQ调制器之后。本文将介绍如何选择合适的驱动器放大器，以便在 IQ调制器的输出端提供第一级增益。图1所示器件为 ADL5375 IQ调制器和 ADL5320 驱动器放大器。这两款器件在系统性水平方面匹配良好；也就是说，它们具备同等性能，因此任何一方都不会造成整体性能下降。由于这些器件的动态范围匹配良好，因此建议在IQ调制器与RF驱动器放大器之间进行简单的直接连接，器件之间无需任何衰减。

图1. 带输出功率增益的IQ调制器电路原理图

电路描述

ADL5375 是一款通用型高性能IQ调制器，输出频率范围是400 MHz至6 GHz。由于具备低噪声和750 MHz的宽输入基带带宽（3 dB），因此可通过多种调制和带宽的信号来驱动该器件。这些输入信号能够以直流或复数中频为中心。

与 ADL5375 的LO接口为1XLO型，即输出频率和LO频率相等（当基带信号以直流为中心时）。

系统级计算和RF放大器选择

在1 GHz至2 GHz的频率范围内， ADL5375 的输出压缩点（OP1dB）和三阶压缩点（OIP3）分别为10 dBm和25 dBm左右。在选择RF放大器以便在IQ调制器之后提供增益时，必须选择输入P1dB和输入IP3等于或略高于这些数值的器件。如果所选器件的输入P1dB和输入IP3较低，则会导致级联性能降低；如果这两项规格明显高于ADL5375，却不会带来任何好处，并且可能会造成信号链的总电源电流出现不必要增加。

ADL5320是一款驱动器放大器（需要外部调谐元件的RF放大器），额定工作范围是400 MHz至2700 MHz。采用5 V电源供电时，其功耗为104 mA（也可以采用低至3.3 V的电源供电，此时功耗和性能都有所下降）。

表1显示了1900 MHz条件下 ADL5375 IQ调制器折合到输出端的IP3 （OIP3）和P1dB （OP1dB）以及 ADL5320驱动器放大器折合到输入端的规格。两种情况下，IQ调制器折合到输出端的规格与放大器折合到输入端的规格之间均相差3 dB左右。

表1. 1900 MHz条件下 ADL5375 IQ调制器与 ADL5320 驱动器放大器的IP3和P1dB规格

图2显示了2140 MHz条件下IQ调制器与驱动器放大器的仿真级联性能。此仿真利用 ADIsimRF 设计工具来完成。值得注意的是，调制器的OIP3 （24.2 dBm）与复合OIP3 （36.5 dBm）之差12.3 dB刚好略小于 ADL5320 驱动器放大器的增益（13.7 dB）。这表明驱动器放大器对总体OIP3的影响非常小。

图2. 显示了ADL5375与ADL5320级联性能的ADIsimRF设计工具屏幕截图

图3显示了IQ调制器输出端与复合电路输出端所测OIP3与输出功率（POUT）的关系图。两条OIP3曲线轮廓的形状非常相似，只在输出功率和OIP3方面有所偏移。这进一步表明，当信号经过RF放大器时，IP3只会略有下降

图3. 2100 MHz条件下ADL5375 IQ调制器与复合电路（ADL5375和ADL5320驱动器放大器）的OIP3与POUT之间的关系

选择输出功率水平

虽然输出功率水平高达15 dBm时电路的OIP3水平介于35 dBm至40 dBm范围内，但实际工作时无法实现这一点，尤其在包络调制方案并非恒定不变的情况下，此类方案往往拥有相对较高的峰均比。为了理解这一点，请检查电路的输入电压与输出功率传递函数，然后考虑IQ调制器输入端的典型驱动电平。

图4显示了使用CW正弦波驱动信号时以输出功率（dBm）和输入电压（V p-p）表示的电路传递函数。 ADL5375等IQ调制器通常由双通道、电流输出、数模转换器（DAC）驱动。一般而言，DAC的两个电流输出端（标称范围是0 mA至20 mA）会通过两个50Ω电阻接地，并且每个IQ输入端上会放置两个100Ω分流电阻DAC在0 dBFS条件下运行时，这对应于IQ调制器上的驱动电平为1 V p-p或0.353 V rms（这里忽略了低通滤波器的插入损耗，该滤波器通常放置在DAC和IQ调制器之间）。这样就会产生约13 dBm的输出功率。

图4. 以输出功率（dBm）和输入电平（V p-p差分）

表示的电路传递函数

假设IQ调制器的I和Q输入端如上文所述通过100Ω 电阻端接，则可相对于典型ADI DAC的dBFS驱动电平来绘制输出功率曲线（见图5）。因此，0 dBFS的驱动电平对应于1 V p-p，这样也就产生了与上文所述相同的13 dBm输出功率。

图5. IQ调制器I和Q输入端通过100Ω电阻端接以及未端接情况下以输出功率和DAC驱动电平表示的电路传递函数

图5还显示了I和Q输入端未通过100 Ω电阻端接时电路的传递函数。由于得到的DAC电压驱动电平增加一倍（最大2 Vp-p），因此得到的输出功率