WCDMA 发射机原理及Maxim WCDMA参考设计

表1. 3GPP发射机规范要求

Parameter 3GPP Specification Reference

RF frequency range 1920 - 1980MHz 25.101 [5.2]

Channel spacing Nominally 5MHz

Chip rate 3.84Mcps

Maximum output power 24dBm +1/- 3dB [power class 3] 25.101 [6.2]

Minimum output power -50dBm 25.101 [6.4.3.1]

Transmit off power ＜-56dBm 25.101 [6.5.1.1]

Adjacent channel leakage power ＞-33dBc [if adjacent channel power is ＞-50dBm] 25.101 [6.6.2.2.1]

Alternate channel leakage power ＞-43dBc 25.101 [6.6.2.2.1]

Frequency error Within +/- 0.1ppm 25.101 [6.3]

Transmit intermodulation ＞-31dBc [@5MHz offset]

＞-41dBc [@10MHz offset]

25.101 [6.7.1]

Error Vector magnitude ＜17.5% 25.101 [6.8.2.1]

Spurious emissions 100kHz RBW -67dBm ;925 ＜f＜935MHz 25.101 [6.6.3.1]

-79dBm ;935 ＜f＜960MHz

-71dBm;1805 ＜f＜1880MHz

-36dBm ;30 ＜f＜1000MHz

300 KHz RBW -41dBm ;1893.5 =f=1919.6MHz

1MHz RBW -30dBm ;1GHz =f=12.75GHz

10KHz RBW -36dBm ;150KHz =f=30MHz

1KHz RBW -36dBm ;9KHz =f=150KHz

WCDMA发射机

Maxim提供多种WCDMA发射机IC，覆盖了大部分通用频率范围。例如，超外差系统器件具有业内最高集成度的发射机芯片（MAX236X），提供典型的380MHz Tx 中频（IF）。另一个超外差系统芯片的例子是MAX2383上变频器驱动器，采用的高Tx IF频率达570MHz。为了展示硬件符合3GPP规范（带有余量），本部分提供了一些基于第一代Maxim WCDMA发射机IC的系统电平和分立元件测试结果，这些硬件是v1.0 WCDMA参考设计的一部分。关于更新的零中频WCDMA参考设计的信息请与厂商联系。



图1.WCDMA收发机框图

WCDMA 超外差发射机

本发射机是完整WCDMA收发机参考设计的一部分，包含4个主要的IC：

MAX2388 接收前端

MAX2309 IF 正交解调器

The MAX2363 正交调制器/上变频器发射IC

The MAX2291 RF 功率放大器

发射机硬件采用380MHz的IF和1920MHz到1980MHz的Tx频率。双工器通过将Tx通道（与Rx通道）连接到天线实现全双工工作。

在Tx电路后端，MAX2363接收基带传送的I、Q差分信号作为输入、进行正交调制、IF和RF LO频率合成以及RF上变频。IF LO由内部VCO和PLL合成，频率为760MHz。外部RF VCO模块提供的-7dBm信号以高端注入方式输入MAX2363上变频器。片上RF驱动器使芯片能够直接驱动外部PA。

在Tx电路前端，芯片级封装的线性PA（MAX2291）在本应用中提供28dB的增益，输出功率达+28dBm。由于PA之后的插入损耗大约为4dB，系统实现的最大天线输出为24dBm。

完全进入工作状态以后，WCDMA系统大多数时间都工作在中等功率下而不是全功率。MAX2291提供了两种输出功率的优化模式用于满足这个需求，延长了通话时间同时具有下列预期的性能：

Vcc为3.5V DC，高功率模式下测得：

Pout = 28dBm

频率 = 1.95GHz

ACP1 = -39dBc (在5MHz 偏移测得，3.84MHz 带宽)

功率附加效率 = 37%

待机电流 Icc = 97mA

Vcc为3.5V DC，低功率模式下测得：

Pout = 16dBm

频率 = 1.95GHz

ACP1 = -38dBc (在5MHz 偏移测得，3.84MHz 带宽)

功率附加效率 = 14%

待机电流Icc = 30mA

前边给出的3GPP规范规定WCDMA发射机输出的功率必须在+24dm到-50dBm之间以满足要求的74dB动态范围。v1.0参考设计板设计为80dB的动态范围，留出了一些余量。

发射机芯片的动态范围是有限的DD通常在高功率时受到ACPR的限制，低功率时受到噪声基底的限制。为了在低功率时获得超过15dB的载波噪声比（C/N），为v1.0参考设计板设计了额外的20dB可变衰减（由PA的增益控制衰减器引入）。从全面的测试结果中提取出来的主要性能参数（表2）证明了Maxim v1.0 WCDMA发射机符合规范要求。

表2. Tx在全功率下的输出特性

Parameter Specification Data @1980MHz Data @ 1920MHz

O/p power @ antenna port 24dBm 24.8dBm 25.5dBm

+/- 3.8MHz ACP * -50dBc -52dBc -52dBc

+/- ACPR1 * -33dBc -37dBc -37dBc

+/- ACPR2 * -42dBc -54dBc -54dBc

Icc @ 3.3V (TX only) - 620mA 615mA

Noise @ Rx. band -137dBm/Hz -137dBm/Hz

Noise @ 1880MHz -135dBm/Hz

*具体的最小/最大ACP图，见下面的图2-5

Tx电路的EVM和ACPR

Tx输出功率为+24dBm时从v1.0 WCDMA参考设计板测得的EVM大约为5.7%（3.5%来自MAX2291 PA，4.6%来自MAX2363 Tx芯片）。整体EVM值完全符合3GPP的要求（＜17.5%），Tx电路的EVM和ACP测试结果如下所示：



图2.Tx电路的EVM，输出 -20dBm



图3.Tx电路的EVM，输出 +24dBm.



图4.Tx电路的ACP，输出+24dBm.



图5.Tx电路的ACP，输出 -20dBm.

根据郊区的语音输出功率分布函数（一个描述了城市和乡村、数据和语音等不同情况下功率变化情况的统计性能参数），最大输出功率时测得的Tx电路的电流为550mA，输出22dBm功率时为365mA。

Tx功率最大时，Rx频带内测得的Tx噪声为-137.0dBm/Hz。如果Tx与Rx的隔离为-50 dB，Rx通道内的Tx噪声则为-187.0dBm/Hz，这远低于热噪声。也就是说，Tx对Rx总噪声的贡献几乎为零。（本计算已经得到在最大功率和较小功率下测试结果的证实。）

两幅曲线图展示了在V1.0 Tx电路天线端口预期得到的典型频谱形状。天线输出24dBm功率时（图6），情况为：

Icc = 490mA (TX only), and 535mA (TX + RX)

MAX2363 IF DAC 设置 = 110

VGC = 2.4V.



图6.天线输出24dBm功率时，V1.0 Tx电路天线端口的典型频谱形状

天线输出-53dBm功率时，即VGC = 1.35V 且绝对输出功率 = -38dBm的低Tx输出功率（图7），情况为：

Icc = 166mA (仅TX)

VGC = 1.35V

IF DAC = 000

PA 偏置设置 = 1

Pout 衰减 = MAX.



图7.天线输出-53dBm低功率时，V1.0 Tx电路天线端口典型的频谱形状