高性能RF调制器促成多载波通信发送器设计

现有的蜂窝基站大多采用超外差结构发送或接收射频信号。这种结构需要两次变频或更多的上、下变频级、中间滤波和模拟信号处理。

图1的上半部分给出了一个两级转换蜂窝基站的典型超外差发送框图，很多此类发送器已经被应用在单载波系统。因为多载波发送器是从单载波发送器复制得到的，所以引入了更多的系统硬件。为了努力降低发送器的成本，许多系统设计者开始转向多载波发送器和简单的直接变换射频结构。

图1. 超外差变换和直接变换结构框图

多载波结构的设计挑战

多载波结构降低了发射通道数，直接变换结构由基带信号直接变换成射频信号，从而减少了每个通道的元器件数量。这两种结构都要求宽动态范围和高线性度的元器件来满足整个系统的要求。图2给出了一个直接变换发送器结构。这种特殊结构大大降低了转换处理的级数。多级混频器、放大器、中频和射频滤波都由一个单片集成方案所替代。

图2. 直接变换结构

直到近期，数模转换器(DAC)和直接变换调制器的性能还不足以支持3G多载波蜂窝基站的要求。新一代通信基站的发送器设计即要求低成本又要求更加灵活的解决方案，在搭建基础发射架构的过程中，射频调制器的选择起着举足轻重的作用。

用单发射器结构解决上述问题

Maxim近期推出了一款直接正交射频调制器MAX2022，能够满足这些需求。这款器件提供极宽的动态范围，为发送器设计者在整个系统性能优化方面提供了极大支持。

它具有非常高的OIP2和OIP3，配合接近-174dBm/Hz的输出噪声基底,可确保真正的多载波性能。单一发送器架构可以支持多种类型的调制方式，从CDMA2000、WCDMA到OFDM，并支持多达9个载波。在发送器设计中充分利用这些调制性能，可以有效降低系统的硬件需求，从而降低成本，并可提高链路的灵活性。

MAX2022采用硅锗工艺，覆盖了1500MHz至2500MHz频率范围。图3所示为本电路的内部结构。

图3. MAX2022射频调制器性能

MAX2022具有内部50Ω匹配的单端本振输入，允许本振的输入驱动范围是-3dBm到+3dBm。本振经过内部缓冲，由一个正交分路器分成两部分，分别送到两个无源混频器。I、Q正交输入为差分输入，具有44Ω输入阻抗。大于1GHz的输入带宽使这款芯片既可以作为一个基带直接到射频的调制器，也可以作为一个具有正交中频输入的镜频抑制混频器。正交输入可直接与电流输出DAC接口，省去了中间缓冲放大器，传统方案中的中间级缓冲放大器既限制了性能又增加了成本。混频器将信号混频后送到内部50Ω匹配的单端射频输出。

MAX2022射频调制器性能

射频调制器的性能由几个独立的参数决定，MAX2022在所有相关领域都有出色的表现。在P1dB为+12dBm时，OIP3为+22dBm。多载波之间的互调取决于OIP3，较高的OIP3可以确保较低的互调失真，OIP2是另外一个针对零中频应用的重要参数。MAX2022在UMTS波段的OIP2为+50dBm，OIP2对基带信号意义重大，基带信号的二次谐波将在射频输出产生频谱扩展，从而损害ACLR性能。较高的OIP2可以确保较低的ACLR失真。图4所示是对该款芯片OIP2、OIP3测试结果，以及输出功率在1500MHz至2500MHz频率范围内的变化曲线。

图4. MAX2022 OIP2、OIP3、POUT与频率的对应关系

与无源混频器相比，MAX2022的噪声基底指标得到极大的改善。这些器件在典型输出信号幅度下噪声电平接近-174dBm/Hz。本振缓冲器的相位噪声会对大于-10dBm的信号产生影响，不过，缓冲器-164dBc/Hz的超低相位噪声设计能够保证系统的性能。

图5. 噪声基底与输出功率

射频调制器的另一关键指标是动态范围，定义为最大有效信号电平(表示为P1dB)与噪声基底之差。MAX2022具有186dB的动态范围，远远超过了其它集成射频调制器。

在PCS和UMTS波段，本振泄漏小于-40dBm，边带抑制优于45dB。数字预校准控制环路可以近一步优化性能，使本振泄漏低于-80dBm、边带抑制优于60dB。射频通带平坦度在100MHz带宽内优于0.5dB，非常适合宽带系统。

工作在UMTS波段的多载波WCDMA

多项性能指标综合体现出的优势在于多载波的互调特性。从本文可以看出，MAX2022能够提供出众的性能。

作为一个例子，我们考虑一个4载波WCDMA调制信号，发送器设计必须符合WCDMA载波本身的带宽要求，等于20MHz。另外，为修正由功率放大器造成的后续失真，需要给发射信号加入数字预失真，这样，带宽要求可能超出100MHz。图6给出了这种信号的频谱。

图6. 4载波UMTS频谱

从图中可以看出超常宽带使发送器输出频谱超出了UMTS的带宽限制。这要求发送器的噪声指标必须符合发送器模板的要求，超出频带边缘，但不需要射频滤波器来处理杂散信号和噪