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    與基于雙變頻拓撲的發(fā)射機相比，直接調(diào)制方法通過取消一級混頻器及其相關(guān)的匹配、濾波、VCO/PLL 與LO 緩沖電路，簡化了發(fā)射鏈路。本文介紹的寬動態(tài)范圍硅鍺直接調(diào)制器HMC497LP4 及其應(yīng)用電路設(shè)計方法能幫助工程師設(shè)計出滿足多頻段應(yīng)用的寬動態(tài)范圍直接調(diào)制器。

    自1918 年發(fā)明以來，超外差接收機已成為射頻通信領(lǐng)域的主力。射頻工程師過去一直在利用超外差接收機技術(shù)的較好頻率穩(wěn)定性及較高靈敏度等優(yōu)勢，這些優(yōu)勢也可在發(fā)射端的設(shè)備中獲得。在典型的超外差發(fā)射機中，先用攜帶信息的信號(基帶或I/Q)來調(diào)制本振(LO) 信號，以產(chǎn)生調(diào)制中頻(IF)信號；然后再將此IF 信號濾波并與第二本振信號混頻(上變頻)， 以產(chǎn)生最終調(diào)制射頻信號并用天線發(fā)射出去。

    這種雙變頻電路拓撲可與模擬及數(shù)字調(diào)制技術(shù)一起使用。與基于雙變頻拓撲的發(fā)射機相比，直接調(diào)制法通過取消一級混頻器及其相關(guān)的匹配、濾波、VCO/PLL 與LO 緩沖電路，簡化了發(fā)射鏈路。當(dāng)然，非單片直接調(diào)制器的實現(xiàn)也有它自身的問題。

    射頻集成電路(RFIC) 技術(shù)的最新進展已促使人們重新開始對直接變頻架構(gòu)發(fā)生興趣。在設(shè)計一種單片直接調(diào)制器時，有幾種工藝可供選擇，但只有硅鍺(SiGe)HBT 工藝能同時擁有高效率、高線性度、高Ft、小尺寸及低成本等多種優(yōu)勢。基于單片寬帶直接調(diào)制器的上變頻器，其寄生與端口匹配問題更少，因此可減少印制板(PCB)面積以及多頻段應(yīng)用中的器件數(shù)。直接調(diào)制的優(yōu)勢再結(jié)合RFIC 技術(shù)，將導(dǎo)致從雙變頻架構(gòu)向頻率日益提高的直接調(diào)制架構(gòu)的轉(zhuǎn)換。

    高動態(tài)寬帶直接調(diào)制器

    HMC497LP4 是Hittite Microwave 公司的高動態(tài)寬帶直接調(diào)制器，采用SiGe 工藝，具有200 至4,000MHz 的擴展RF/LO 帶寬。HMC497LP4 采用一種多相網(wǎng)絡(luò)，將LO 分成兩路相差為90(的等幅信號(見圖1)。包含多相網(wǎng)絡(luò)的分支與限幅放大電路，可在各種LO 輸入功率電平上獲得最佳性能。片上兩路LO 信號路徑互成鏡像，以不引入任何相移，而平衡信號路徑則用來提供更高的抗噪性能。然后每路LO 信號再驅(qū)動有源(吉爾伯特單元)混頻器，其中一路上變頻為BB_IP/BB_IN(帶寬同相)數(shù)據(jù)，另一路則上變頻為BB_QP/BB_QN(寬帶正交)數(shù)據(jù)。最后，經(jīng)過上變頻的I/Q 信號再被同相合并，并從平衡轉(zhuǎn)換成單端射頻輸出。

圖 1

    直接正交調(diào)制器的動態(tài)范圍對于保持高數(shù)據(jù)速率及數(shù)字調(diào)制信號的完整性非常關(guān)鍵。直接調(diào)制器的動態(tài)范圍定義為1dB壓縮點上的輸出功率與輸出噪聲基底電平(用dBm/Hz表示) 之比。HMC497LP4 可提供+8 dBm(900MHz)及+6dBm(3,500MHz)的P1dB 輸出，而輸出噪聲基底則分別為-161dBm/Hz(900MHz) 與-153dBm/Hz(3,500MHz) 。這些值分別對應(yīng)著169dB(900MHz)及159dB(3,500MHz)的動態(tài)范圍。

    其它直接調(diào)制器關(guān)鍵性能為邊帶抑制及載波饋通(feedthrough)電平。在中間頻率上，HMC497LP4 可提供-47dBc 的邊帶抑制以及-32dBm 的載波饋通電平(抑制與饋通電平是在LO 輸入=0dBm、Vcc=+5.0V、Vbbdc=+1.50V 以及200kHz 基帶輸入頻率(800mV 峰－峰差分輸入)上測得)。

    通過調(diào)整I、Q 輸入端之間的相移可提高直接調(diào)制器的邊帶抑制。I、Q 信號間的理想相移最好在最終電路中憑經(jīng)驗確定，以對I、Q 信號路徑中的任何微小不對稱進行校正。通過調(diào)整I、Q 基帶輸入端之間的直流偏移可減少直接調(diào)制器的載波饋通。I、Q 信號間的理想直流偏移最好在最終電路中憑經(jīng)驗確定，以消除由布局布線引起的寄生耦合效應(yīng)。

    應(yīng)用指南

    HMC497LP4 當(dāng)在2,140MHz 頻率上被驅(qū)動至-10dBm WCDMA 輸出信道功率電平時，HMC497LP4 可提供-67dBc 的鄰近信道功率比(ACPR)。HMC497LP4 的LON 端口在內(nèi)部被匹配至50O，且應(yīng)以-6 至+6dBm 之間的單端輸入電平來驅(qū)動。要求在LON 及LOP 端上分別串聯(lián)一個100pF 電容來提供直流屏蔽，而LOP 端則在外部與50O 端接(見圖2)。

    核心器件: HMC497LP4

圖 2 HMC497LP4 引腳示意圖

    HMC497LP4 的射頻輸出也是單端并在內(nèi)部匹配至50O。建議在射頻輸出端串聯(lián)一個100pF 電容來提供直流屏蔽。

    調(diào)制輸入端、BB_IN、BB_IP、BB_QN 及BB_QP 均為直流耦合，這樣直流器件便能與基帶輸入信號連接，從而增加上變頻鏈路的載波抑制。這些輸入可直接由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 驅(qū)動，或如果需要亦可通過電阻或基于運放的電平轉(zhuǎn)換電路來驅(qū)動。

    HMC497LP4 采用兩條偏置電源輸入線(Vcc1 及Vcc2)。為減少電源噪聲，每條電源線都用靠近輸入接頭的4.7uF 旁路電容以及靠近封裝引腳的1,000pF 旁路電容去耦。Vcc1 與Vcc2 額定偏壓介于+4.5 至+5.5V 之間，總電流消耗為168mA。

    HMC497LP4 直接調(diào)制器實際上可精確產(chǎn)生包括BPSK、QPSK、8PSK、OFDM 及QAM 在內(nèi)的任何模擬或數(shù)字調(diào)制格式。DC 至700 MHz 的極寬I/Q 輸入端帶寬不僅容易支持多載波工作，而且還能結(jié)合成熟預(yù)失真技術(shù)來減少互調(diào)波。這種策略可通過允許將其驅(qū)動為壓縮來提高發(fā)射功率放大器的效率。

    HMC497LP4 的多功能性使收發(fā)器設(shè)計者能滿足NMT、PCS、UMTS、WLL、WLAN、Hyperman/Hyperlan 及WiMAX 等系統(tǒng)中的基站、轉(zhuǎn)發(fā)器以及其它無線基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的需求。HMC497LP4 還適合用于軟件無線電中，在那里上變頻必須能根據(jù)條件及要求的變化來動態(tài)改變其調(diào)制格式與帶寬。