优化超宽带直接转换接收器的性能

   引言

　　零中频 （Zero-IF） 接收器并不是什么新事物；其被人们所大量使用已经有些时日了，蜂窝手机便是它的重要应用领域。然而，其在诸如无线基站的高性能接收器中的使用却少有成功的案例。这主要是因为它们的动态范围有限，而且也不太为人们所了解。一款新型宽带宽零中频 I/Q 解调器有助于缓解主用接收器及 DPD （数字预失真） 接收器在动态范围和带宽方面的不足，并使 4G 基站能够以具成本效益的方式满足移动接入不断增长的带宽需求。本文讨论的主题是：如何尽量抑制造成零中频接收器动态范围缩小的 IM2 非线性及 DC 偏移来实现性能的优化，从而为棘手的设计提供一种可行的替代方案。

　　推进带宽的不断扩大

　　直到最近，大多数基站只需要处理一个 20MHz 宽的通道带宽 （通常被分配给不同的无线载波）。与此 20MHz 通道相关联的是一个配套的 100MHz 带宽 DPD 接收器，用于测量高达 5 阶的互调失真寄生信号，以提供有效的失真抵消作用。这些要求通常可利用高 IF （外差） 接收器有效地予以满足。然而，随着业界日益迫切地希望基站支持整个 60MHz 频段的运作，此类设计的难度如今大为增加。对于整个无线制造、安装和部署商业模型而言，完成这项伟大的工程在节省成本方面具有重大的意义。

　　为了适应三倍的带宽，DPD 接收器的带宽也必须从 100MHz 增加至 300MHz。在 75MHz 频段中，DPD 带宽增至惊人的 375MHz。设计能够支持这种带宽的接收器可不是一项微不足道的工作。噪声会由于带宽的扩展而增加，增益平坦度变得更加难以实现，而且所需的 A/D 转换器采样速率大幅度增加。此外，带宽如此之高的组件其成本也高得多。

　　传统高 IF 接收器所具备的中等带宽不再足以支持具有 ±0.5dB 典型增益平坦度的 300MHz 或更高频率的 DPD 信号。300MHz 的基带带宽将需要选择一个最小 150MHz 的 IF 频率。要想找到一款采样速率可超过 600Msps、同时具合理价格的 A/D 转换器 （即使是 12 位分辨率） 绝非轻而易举。用户可能被迫采取折衷方案而去使用一款 10 位转换器。

　　新型 I/Q 解调器放宽了带宽限制条件

　　凌力尔特的 LTC5585 I/Q 解调器专为支持直接转换而设计，因而允许接收器将上述 300MHz 宽 RF 信号直接解调至基带 （见边注：零中频接收器的工作原理）。I 和 Q 输出被解调为一个 150MHz 带宽信号，仅为高 IF 接收器带宽的一半。为了获得一个 ±0.5dB 的通带增益平坦度，器件的 -3dB 转角频率必须扩展至远远高于 500MHz。

　　LTC5585 利用一个可调谐的基带输出级支持这一宽带宽。差分 I 和 Q 输出端口具有一个至 VCC 并与约 6pF 的滤波器电容相并联的 100Ω 上拉电阻器 （见图 1）。这个简单的 RC 网络允许形成一个片外低通或带通滤波器网络 （以消除高电平带外阻断器），并实现位于解调器之后的基带放大器链路之增益滚降的均衡。在外部 100Ω 上拉电阻器之外再采用一个 100Ω 差分输出负载电阻，-3dB 带宽可达到 840MHz。

　　图 1：用于带宽扩展的基带输出等效电路 （采用 L = 18nH 和 C = 4.7pF）

　　基带带宽扩展

　　可以采用单个 L-C 滤波器节以扩展基带输出的带宽。图 1 示出了具基带带宽扩展功能的芯片基带等效电路。当具有 200Ω 负载时，采用一个 18nH 的串联电感和一个 4.7pF 的并联电容可将 -0.5dB 带宽从 250MHz 扩展至 630MHz。图 2 示出了不同负载条件下可能产生的输出响应种类。其中一种响应是在采用 200Ω 和 10kΩ 差分负载电阻条件下获得的。对于 10kΩ 负载，采用一个 47nH 串联电感和一个 4.7pF 并联电容可把 -0.5dB 带宽从 150MHz 扩展至 360MHz。

　　图 2：转换增益与基带频率的关系曲线 （采用差分负载电阻和 L-C 带宽扩展）

    二阶互调失真寄生信号问题

在直接转换接收器中，二阶互调失真分量 （IM2） 直接落入带内 （在基带频率）。例如：取两个间隔开 1MHz （分别位于 2140MHz 和 2141MHz） 的相等功率 RF 信号 （f1 和 f2），以及间隔开 10MHz （位于 2130MHz） 的 LO 信号。最终的 IM2 寄生信号将位于 f2 – f1 （即 1MHz）。通过采用外部控制电压，LTC5585 拥有了在 I 和 Q 通道上进行独立调节以实现最小 IM2 寄生信号的独特能力。图 3 示出了一种用于 IIP2 测量和校准的典型配置。差分基带输出采用一个平衡-不平衡变压器进行组合，而 1MHz IM2 差动频率分量采用一个低通滤波器来选择，以防止位于 10MHz 和 11MHz 的强大主音调压缩频谱分析仪前端。如果未采用该低通滤波器，则必须在频谱分析仪上提供