借助差分接口改善射频收发器设计性能
,电压增益等于功率增益。整个信号链的电压增益为:
32 dB + 5.9 dB – 0.5 dB + 16 dB – 1.5 dB – 8 dB = 43.9 dB.
对于单音信号输入,要获得2 V p-p摆幅范围,正确的输入功率为:
8 dBm – 43.9 dB + 10log (78/50) = –34 dBm.
用电压增益计算的结果与功率增益计算出结果是相同的。
某些应用中,ADL5380可能需要直接连接至AD6642,这种情况下,可为AD6642差分输入添加500 Ω电阻以改善匹配。ADL5380电压增益为6.9 dB,且具有与AD8366相同的共模问题。所以应使用160 Ω串联电阻和100 Ω并联电阻来实现500 Ω负载和所需的共模电压。同样,电阻网络可将电压增益衰减8 dB(功率则衰减4 dB)。
在ADL5380与AD6642间放置具有1.5 dB插入损耗的低通滤波器,从而滤除干扰频率成分。整个链路的输入阻抗为50 Ω,输出阻抗为500 Ω。采用这种配置,整个信号链的增益如下:
6.9 dB – 10log (500/50) – 1.5 dB – 4 dB = –8.6 dB.
超外差式接收机接口设计和增益计算
超外差式接收机设计中,系统使用交流耦合,因此设计超外差接收机电路时不必考虑直流共模电压匹配。
许多混频器,例如ADL535x和ADL580x,具有200 Ω的差分输出阻抗,因此不同输出阻抗呈现不同功率增益和电压增益。
图3显示了超外差式接收机的一个通道,该器件采用以下元件:低噪声放大器ADL5523具有LO缓冲器、IF放大器和RF巴伦的双通道平衡混频器ADL5356;带通或者低通滤波器;双通道、超低失真IF VGAAD8376另一个低通或者带通抗混叠滤波器;双通道IF接收机AD6642
图3.超外差式接收机框图(仅显示一个通道)
该设计使用140MHz 中频和20MHz带宽,因此器件连接时可采用交流耦合。
AD5356在200 Ω负载下具有最佳性能,而AD8376的输入阻抗为150 Ω。因此,为了抑制混频器输出杂散并提供良好的阻抗匹配,差分LC滤波器必须具有200 Ω的输入阻抗和150 Ω的输出阻抗。在某些应用中,需要通过过渡带极窄滤波器抑制频带外信号,可使用差分SAW滤波器来实现,但这会给接收机信号链引入过大的损耗和群延迟。四阶差分带通巴特沃兹滤波器可适合许多无线接收机,因为前端RF滤波器可以为带外干扰提供足够的衰减。
表3. ADL5356和AD8376接口和增益参数
ADL5356测试条件 | VS = 5 V, TA = 25°C, fRF = 1900 MHz, fLO = 1760 MHz, LO 功率= 0 dBm | |
参数 | 值 | 备注 |
电压转换增益 | 14.5 dB | ZSOURCE = 50 ?,差分 ZLOAD = 200 ?差分 |
功率转换增益 | 8.2 dB | 包括4:1 IF端口变压器和PCB损耗 |
AD8376 测试条件 | VS = 5 V, TA = 25°C, RS = RL150 Ω(140 MHz时) | |
参数 | 值 | 备注 |
差分输入电阻 | 150 ? | |
电压转换增益 | –4 dB | 最小数字设置 |
20 dB | 最大数字设置 | |
输出阻抗 | 16 k?|| 0.8 pF |
AD8376的电流输出型电路具有高输出阻抗,因此其差分输出需要接150 Ω电阻实现电压输出。另一个差分滤波器放置在AD8376和ADC之间,用于衰减二阶和三阶谐波失真成分,因此该150 Ω负载可以被分成两部分。首先将300 Ω电阻安装于AD8376的输出端。另一个300 Ω电阻由两个165 Ω电阻和ADC的3 kΩ输入阻抗构成。两个165 Ω电阻同时为ADC输入提供直流共模电压。LC滤波器的输入和输出阻抗均为300 Ω。对于高中频应用,信号源和负载的阻抗的完美匹配是非常重要的。完整接口如图4所示。
图4.超外差式接收机接口框图和滤波器仿真结果
此接收机中,混频器之前放置一个20 dB LNA。混频器之后的滤波器具有2 dB插入损耗;AD8376与ADC之间的滤波器具有1.2 dB插入损耗。AD8376增益设置为14 dB,以便提供足够的余量来应对温度变化。接收机的总体增益为:
20 dB + 8.2 dB – 2 dB + 14 dB – 1.2 dB = 39 dB.
为将ADC输入电压限制在2 V p-p以下,传输到150 Ω电阻(300 Ω || (165 Ω × 2) || 3 k Ω)的功率应小于5.2 dBm。因此对于单音信号,接收机最大输入功率为–33.8 dBm。如果输入信号是10 dB PAR调制信号,使用此增益设置的最大输入信号为–40.8 dBm。
发射机接口设计和增益计算
对于发射通道设计,ZIF和超外差式架构具有相似的接口特性,均需要在TxDAC®与调制器间执行直流耦合。大多数调制器的中频输入电路需要外部提供直流偏置;TxDAC输出可为直流耦合模式下的调制器提供直流偏置。大多数高速DAC是电流输出架构,因此需要外输出电阻才能为调制器产生输入电压。
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