圖1.ZIF 接收器框圖。

表 1.ADL5380接口和增益參數(shù)

當(dāng)與具有217 Ω差分輸入阻抗的AD8366連接時(shí)，ADL5380具有5.9 dB電壓增益和–0.5 dB功率增益[5.9 dB – 10log （217/50）]。為獲得最佳性能，通過(guò)將ADL5380 ADJ引腳連接到V，將ADL5380和AD8366之間的共模電壓設(shè)置為2.5 VS.在ADL5380和AD8366之間放置一個(gè)插入損耗為0.5 dB的差分四階巴特沃茲低通濾波器，可抑制噪聲和不需要的高頻分量。雖然濾波器會(huì)導(dǎo)致一些不匹配，但在基帶頻率下是可以容忍的。

表 2.AD8366接口和增益參數(shù)

AD8366的共模輸出電壓可設(shè)置為2.5 V;當(dāng)VCM保持浮動(dòng)時(shí)，它具有最佳的線性度。遺憾的是，AD6642在0.9 V共模輸入電壓（0.5 × AVDD）下性能最佳。由于AD8366的共模輸出電壓必須在1.6 V至3 V之間，因此AD6642 VCM和AD8366 VCM端子不能直接連接，必須使用電阻將AD8366共模輸出電壓分壓至0.9 V。

為獲得最佳性能，AD8366應(yīng)驅(qū)動(dòng)200 Ω負(fù)載。為了實(shí)現(xiàn)所需的共模電平和阻抗匹配，在AD8366之后增加了63 Ω串聯(lián)電阻和39 Ω分流電阻。該電阻網(wǎng)絡(luò)將使功率增益衰減4 dB。

AD8366輸出擺幅為6 V p-p，但電阻網(wǎng)絡(luò)提供的4 dB衰減將AD6642的電壓限制為2.3 V p-p，從而保護(hù)其免受大干擾尖峰或不受控制的增益造成的損壞。

插入損耗為1.5 dB的差分六階巴特沃茲低通濾波器位于AD8366和AD6642之間，用于濾除不需要的高頻元件。I通道的完整差分接口如圖2所示。

圖2.ZIF接收機(jī)接口圖及仿真濾波器特性。

為了保留足夠的裕量以考慮增益隨溫度的變化，AD8366在正常模式下的增益設(shè)置為16 dB。

在這種配置中，整個(gè)信號(hào)鏈的增益為

5.9 dB – 10log （217/50） – 0.5 dB + 16 dB – 10log （200/217） – 1.5 dB – 4 dB
= 9.9 dB。

在ADL5380之前級(jí)聯(lián)插入的兩個(gè)LNA可實(shí)現(xiàn)32 dB增益。通過(guò)將模數(shù)轉(zhuǎn)換器配置為 2V p-p 擺幅和 78 Ω 等效輸入阻抗，它能夠處理 –34dBm 單音 RF 輸入信號(hào)。如果輸入信號(hào)在調(diào)制時(shí)峰均比（PAR）為10 dB，則–41 dBm輸入信號(hào)是接收器在不更改VGA設(shè)置的情況下可以處理的最大信號(hào)。

換句話說(shuō)，電壓增益可用于計(jì)算信號(hào)鏈鏈路預(yù)算。當(dāng)輸入端口阻抗等于輸出端口阻抗時(shí)，電壓增益等于功率增益。整個(gè)信號(hào)鏈的電壓增益為

32 dB + 5.9 dB – 0.5 dB + 16 dB – 1.5 dB – 8 dB = 43.9 dB。

對(duì)于單音信號(hào)輸入，要獲得 2V p-p 擺幅范圍，適當(dāng)?shù)妮斎牍β蕿?/p>

8 dBm – 43.9 dB + 10log （78/50） = –34 dBm。

結(jié)果與計(jì)算的功率增益非常匹配。

在某些應(yīng)用中，ADL5380可能需要直接連接到AD6642，在這種情況下，可以在AD6642差分輸入端增加一個(gè)500 Ω電阻，以改善匹配。ADL5380的電壓增益為6.9 dB，共模問(wèn)題與AD8366相同。應(yīng)使用 160 Ω 串聯(lián)電阻和 100 Ω分流器來(lái)實(shí)現(xiàn) 500 Ω負(fù)載和所需的共模電壓。同樣，電阻網(wǎng)絡(luò)將電壓衰減8 dB（功率衰減4 dB）。

插入損耗為1.5 dB的低通濾波器位于ADL5380和AD6642之間，用于濾除不需要的頻率分量。輸入阻抗為50 Ω，輸出阻抗為500 Ω。在這種配置中，整個(gè)信號(hào)鏈的增益為

6.9 dB – 10log （500/50） – 1.5 dB – 4 dB = –8.6 dB。

超外差接收器接口設(shè)計(jì)和增益計(jì)算

在超外差接收器中，系統(tǒng)使用交流耦合，因此在連接這些電路時(shí)不必考慮直流共模電壓。

ADL535x和ADL580x等許多混頻器具有200 Ω差分輸出阻抗，因此不同輸出阻抗的功率增益和電壓增益分別表示。

圖3所示為采用低噪聲放大器ADL5523實(shí)現(xiàn)的超外差接收器的一個(gè)通道;ADL5356雙通道平衡混頻器，內(nèi)置LO緩沖器、IF放大器和RF巴倫;低通濾波器;AD8376雙通道超低失真中頻VGA;另一個(gè)低通濾波器;以及AD6642雙通道中頻接收器。

圖3.超外差接收器圖;顯示一個(gè)頻道。

該設(shè)計(jì)采用 140MHz IF 和 20MHz 帶寬，因此器件可以交流耦合。

AD5356在200 Ω負(fù)載下性能最佳，但AD8376的輸入阻抗為150 Ω。因此，為了抑制混頻器輸出雜散并提供更好的阻抗匹配，差分LC濾波器必須具有200 Ω輸入阻抗和150 Ω輸出阻抗。在必須通過(guò)尖銳濾波器抑制輸出帶信號(hào)的應(yīng)用中，可以使用差分SAW濾波器，但這會(huì)在接收器信號(hào)鏈中引入損耗和群延遲。差分四階帶通巴特沃茲濾波器可能適用于許多無(wú)線接收器，因?yàn)镽F濾波器可以為帶外干擾提供足夠的衰減。

表 3.ADL5356和AD8376接口和增益參數(shù)

AD8376的電流輸出電路具有高輸出阻抗，因此差分輸出之間需要150 Ω。另一個(gè)差分濾波器必須衰減二次和三次諧波失真分量，因此這個(gè)150 Ω負(fù)載分為兩部分。首先，在AD8376的輸出端安裝一個(gè)300 Ω電阻。另一個(gè)300 Ω電阻由兩個(gè)165 Ω電阻和ADC的3 kΩ輸入阻抗組成。兩個(gè) 165 Ω電阻還為 ADC 輸入提供直流共模電壓。LC濾波器的輸入和輸出阻抗均為300 Ω。完美的源和負(fù)載匹配對(duì)于高中頻應(yīng)用非常重要。完整的界面如圖 4 所示。

圖4.超外差接收機(jī)接口圖及濾波器仿真結(jié)果.

在接收器中，20 dB LNA安裝在混頻器前面。混頻器之后的濾波器具有2 dB的插入損耗;AD8376和ADC之間的濾波器具有1.2 dB的插入損耗。AD8376增益設(shè)置為14 dB，以提供足夠的裕量來(lái)應(yīng)對(duì)溫度變化。接收器的總增益為

20 dB + 8.2 dB – 2 dB + 14 dB – 1.2 dB = 39 dB.

為了將ADC輸入電壓限制在2 V p-p以下，將功率傳輸?shù)?50-Ω電阻（300 Ω ||(165 ? × 2) ||3 k Ω） 應(yīng)小于 5.2 dBm。因此，對(duì)于單音信號(hào)，接收器的最大輸入功率為–33.8 dBm。如果輸入信號(hào)是10 dB PAR調(diào)制信號(hào)，則使用此增益設(shè)置的最大輸入信號(hào)為–40.8 dBm。

發(fā)射機(jī)接口設(shè)計(jì)和增益計(jì)算

對(duì)于Tx通道設(shè)計(jì)，ZIF和超外差架構(gòu)具有相似的接口特性，并且都需要TxDAC和調(diào)制器之間的直流耦合。大多數(shù)調(diào)制器的IF輸入電路應(yīng)由外部直流電壓偏置;TxDAC輸出可在直流耦合模式下為調(diào)制器提供直流偏置。大多數(shù)高速DAC具有電流輸出，因此需要一個(gè)輸出電阻來(lái)為調(diào)制器產(chǎn)生輸出電壓。?

圖5所示為超外差或ZIF發(fā)送器，采用AD9122 TxDAC、低通濾波器、ADL537x正交調(diào)制器、另一個(gè)RF濾波器、ADF4350頻率合成器、數(shù)控VGA、功率放大器和AD562x DAC實(shí)現(xiàn)，用于控制功率放大器（PA）的柵極電壓。

圖5.變送器圖。

對(duì)于AD9122，滿量程輸出電流可以設(shè)置在8.66 mA至31.66 mA之間。對(duì)于大于20 mA的滿量程電流，無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）會(huì)降低，但DAC的輸出功率和ACPR會(huì)隨著滿量程電流設(shè)置的降低而降低。一個(gè)合適的折衷方案是0 mA至20 mA電流輸出，由20 mA交流電流組成，電流和10 mA直流電平。

表 4.AD9122和ADL5372接口和增益參數(shù)

ADL5372的輸入電路需要0.5 V共模電壓，該電壓由流過(guò)50 Ω電阻的10 mA直流電流提供。0mA 至 20mA 交流電流由兩個(gè) 50 Ω電阻和一個(gè) 100 Ω 電阻共享。因此，調(diào)制器輸入之間的交流電壓為20 mA ×（（50 × 2） || 100） = 1 V p-p。TxDAC和調(diào)制器之間的濾波器可去除不需要的頻率成分。濾波器的輸入和輸出阻抗為100 Ω。完整的界面如圖 6 所示。

圖6.直流耦合發(fā)射機(jī)IF接口圖及濾波器仿真結(jié)果

采用50 Ω輸出時(shí)，ADL5372的電壓轉(zhuǎn)換增益為0.2 dBm。對(duì)于13 dB PAR調(diào)制器信號(hào)，Tx數(shù)字預(yù)失真過(guò)程的平均功率必須至少降低15 dB。ADL5372采用1 V p-p單音輸入時(shí)，調(diào)制器的平均輸出功率為7.1 dBm – 2.9 dBm = 4.2 dBm。如果考慮低通濾波器的2.2 dBm插入損耗，峰值輸出功率為4.2 dBm – 2.2 dBm = 2 dBm。在這種狀態(tài)下，調(diào)制器輸出端的平均輸出功率為–10 dBm。

對(duì)于11 dBm的平均功率信號(hào)，Tx信號(hào)鏈中需要一個(gè)具有26 dBm P1dB的PA驅(qū)動(dòng)器。如果需要2 dB插入損耗RF濾波器來(lái)抑制調(diào)制器的LO饋通和邊帶輸出，則增益模塊和PA驅(qū)動(dòng)器必須提供總計(jì)21 dB的增益。本應(yīng)用建議使用集成增益模塊、數(shù)字控制衰減器和PA驅(qū)動(dòng)器的ADL5243 VGA。

結(jié)論

本文介紹ADC解調(diào)器、IF VGA、混頻器和模擬端口的ZIF和超外差接收器差分接口，以及TxDAC和FMOD之間的發(fā)送器差分接口，將ADI公司的器件用于信號(hào)鏈的有源部分。給出了為這些電路設(shè)計(jì)的應(yīng)用濾波器的增益計(jì)算和仿真結(jié)果。

審核編輯：郭婷