射频半导体简化直接变频设计 满足多模式通信系统需求

波将位于直流信号两侧（图 3）。直流信号周围的载波1镜像出现在可能存在较弱载波的下一通道上。因此，如果未使用数字校准，则镜像抑制性能不佳将会限制接收机灵敏度。此外，抗混叠滤波器组件容差也可能影响整体镜像抑制性能。直到最近，仍然很难在宽带宽上获得可接受水平的增益和相位平衡。借助较新的SiGe工艺技术，解调器的有源混频器单元能够在频率高达 6 GHz范围内获得高品质RF性能。

图 3.

在基带下变频过程中，正交解调器会以直流信号形式产生一些能量。泄漏至 RF 输入的任何 LO 信号会与同一 LO 信号混频，从而生成直流分量。而避免同一通道直流偏置的一种方式就是将 RF 载波解调至通道带宽一半的倍数。直流分量幅度不应影响接收机接收弱信号的能力。

作为直接变频接收机的一部分，ADI公司生产的ADL5380 和ADL5382 I/Q解调器能够以最佳LO泄露和镜像抑制性能来实现宽带操作。理想情况下，解调器可通过两个混频器实现单边带混频操作。经过放大的本振(LO)信号直接送入第一个混频器，同时相同信号经过 90 度偏移后送入第二个混频器。为了充分满足性能规格要求，I/Q 解调器采用经过优化的 LO缓冲器和移相器电路。通过采用新颖的电路拓扑结构，该解调器可以在宽频范围内保持精确的 90 度相移，同时将电路噪声控制在 LO PLL 的相位噪声以下。该设计经过优化，可以最大程度地减少 AM/PM 失真，因而能够增强二阶失真性能并且对LO 驱动电平不敏感。

经测量，ADL5380 的LO至RF泄露在频率高达 3 GHz范围内要优于-50 dBm，而ADL5382 I/Q解调器则可实现更低的泄露性能，在频率高达 2.3 GHz范围内超过-60 dBm。增益不平衡优于+/-0.1 dB，相位不平衡则优于+/-0.5 度（图 4），因而镜像抑制优于 50 dB。由于具有这种高边带抑制性能，因此零中频方案中的数字校准要求得以降低。

图 4.

ADL5380 I/Q 解调器的工作频率范围为 0.4 至 4.0 GHz，基带带宽为 500MHz。在频率高达 3 GHz 范围内，该器件具有低噪声系数(13 dB)，RF 输入功率水平为-10 dBm。出现阻塞时，对于高达 0 dBm RMS 的输入功率，噪声系数依然维持在 17 dB以下。假设前端增益为 25 dB，这意味着天线处具有-25 dBm的良好抗阻塞能力。

该解调器能够以至少+11 dBm的输入功率达到1-dB压缩性能，并且输入三阶交调截点优于+25 dBm。20MHz 带宽时，动态范围（或压缩点和噪底之间的增量）接近 100 dB，因而此电路适用于宽带 3G/4G 多载波系统。该 I/Q 解调器与 ADC 的接口设计和布局对于确保良好 I/Q 信号平衡至关重要。抗混叠滤波器组件容差以及在差分走线长度范围内进行严格控制则是确保设计成功的关键。

在 ADC 数字转换之后的数字域中，还可以进一步实现直流偏置消除和镜像校正。此直流变频接收机示例采用 16 位流水线ADC AD9269。它可实现集成直流偏置和正交纠错方案。该算法可以估算出 I/Q 信号直流偏置、增益和相位不匹配，然后利用与频率无关的自适应校正环路，应用校正矢量来清除增益不平衡。它可以校正高达+/-1 dB 的幅度误差和+/-1.8 度的相位不匹配，因而足以校正 I/Q 解调器残留不平衡，以及来自基带滤波器或 ADC 输入级等的其他不平衡。由于该 I/Q 解调器的信号损害程度已经相当低，因此增强了算法融合。

为了完善校准方案，AD9269 还集成具有自适应性截止频率的直流零点陷波滤波器，可帮助消除无用的直流偏置分量。

为了演示直流变频解决方案的可行性，图 1的接收机采用ADI公司器件构建和表征。该接收机设计采用两个ADL5521 LNA、ADL5380 I/Q解调器、一个基带DGAC和双通道ADC AD9269。经过调制的输入RF信号由直流变频发射机产生，该发射机由双通道数模转换器(DAC) AD9122 和宽带正交调制器ADL5375构建而成。由于接收机总增益为 28 dB且AD9269 SNR为 76 dBFS，因此无需AGC便可维持高接收机灵敏度，同时可以处理高达-25 dBm的带内阻塞。分立式四阶低通LC离散滤波器采用 30MHz截止频率，能够正确衰减带外噪声，并支持高达 40 MHz的复合解调带宽（见下表）。

图 5.

本例中，双通道 ADC AD9269 以 80 MS/s 的采样速率工作时，功耗仅 400 mW，比采样速率为 120 MS/s 的对应 IF 采样 ADC约低 100 mW。无需连续跟踪信号损害程度时，可以关闭AD9269 的自动校正功能，从而进一步降低功耗。

我们利用WCDMA矢量在多载波配置下对该接收机进行了测试（图 5）。第一个LNA输入端的RF信号由两个相邻的WCDMA信号组成，其中最强的信号比最弱的高出 62 dB (-56 dBm)。此外，还加入-25 dBm的未调制阻塞。此时，该接收机能够解调低至-118 dBm的