基于IQ解調(diào)器，具有中頻和基帶可變增益以及可編程基帶濾波功能的中頻至基帶接收機

該電路是靈活的頻率捷變中頻至基帶接收機。中頻和基帶上的可變增益用于調(diào)整信號電平。 ADRF6510 基帶ADC驅(qū)動器還包括可編程低通濾波器，可消除通道外阻塞和噪聲。

此濾波器的帶寬可隨著輸入信號帶寬變化而動態(tài)地調(diào)節(jié)。這樣可以確保由本電路驅(qū)動的ADC的可用動態(tài)范圍得到充分使用。

電路內(nèi)核是IQ解調(diào)器。 ADL5387 基于2×LO的相位分離架構支持寬頻率范圍工作。精確的正交平衡和低輸出直流失調(diào)確保了對誤差矢量幅度(EVM)的影響極小。

本電路內(nèi)所有元件間的接口均采用全差分式。如果不同級間需要直流耦合，相鄰級的偏置電平彼此兼容。

本電路筆記中描述了接收機的直接變頻(也稱為零差或零中頻)架構。與可以執(zhí)行多次頻率轉(zhuǎn)換的超外差式接收機相比，直接變頻無線電只能執(zhí)行一次頻率轉(zhuǎn)換。一次頻率轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢如下：

圖1顯示了該系統(tǒng)的基本原理示意圖，包括集成自動增益控制(AGC)環(huán)路的級聯(lián)中頻可變增益放大器(VGA)，以及緊隨其后的正交解調(diào)器、具有可變基帶增益的可編程低通濾波器。圖1中以灰色顯示的元件( ADF4350 和 AD9248) 是為清楚起見，并不包括在系統(tǒng)級測量中(有關這些器件的詳情請參見“常見變化”部分)。

理想情況下，第一級的輸入和最后級的輸出應設置系統(tǒng)的動態(tài)范圍(信噪比)。實際上，情況可能并非如此。在正交解調(diào)器之前放置級聯(lián)VGA不僅會給系統(tǒng)帶來更多增益，而且有利于整體系統(tǒng)噪聲性能，只要VGA的噪聲系數(shù)低于正交解調(diào)器，只要VGA仍具有增益，且未發(fā)生衰減。后續(xù)級的噪聲系數(shù)通過初始VGA的增益進行分頻處理。提供VGA (相對于僅提供固定增益放大器)的另一優(yōu)點是AGC環(huán)路可經(jīng)設計以調(diào)平正交解調(diào)器的輸入信號。這一限制施加于正交解調(diào)器和任何后續(xù)級的信號電平的能力非常重要。

中頻VGA和AGC環(huán)路功能可通過 ADL5336來實現(xiàn)。它具有兩個可級聯(lián)VGA，每個VGA具有24 dB的模擬動態(tài)范圍，并且可以通過SPI端口以數(shù)字方式改變每個VGA上的最大增益。

為了實現(xiàn)信號調(diào)平AGC功能，每個 ADL5336 VGA具有平方律檢波器，通過可編程衰減器連接到輸出。檢波器將衰減器的輸出與63 mV rms的內(nèi)部基準電壓進行比較。如果衰減器輸出與63 mV rms基準電壓間有差異，誤差電流便會產(chǎn)生并集成到CAGC電容內(nèi)。AGC環(huán)路通過將DTO1/DTO2引腳連接到GAIN1/GAIN2引腳關閉。為了使AGC環(huán)路正常工作，將MODE引腳拉至低電平，從而產(chǎn)生負VGA增益斜率。

每個 ADL5336 VGA具有允許的輸入功率范圍，AGC將在此范圍內(nèi)調(diào)平至特定設定點。在該范圍以外，VGA輸出隨輸入一起按dB遞增或遞減(假定VGA未處于壓縮狀態(tài)或信號不在噪底內(nèi))。

信號從 ADL5336 路由至 ADL5387，在此接受解調(diào)并將頻率轉(zhuǎn)換為零中頻。 ADF4350 頻率合成器可向 ADL5387提供所需的2×LO信號(參見“常見變化”部分)；但實際測試使用信號發(fā)生器代替 ADF4350 。

ADL5387 使用兩個雙平衡混頻器，一個用于I通道，一個用于Q通道。提供給混頻器的LO使用2分頻正交分相器生成。這為I和Q通道提供了0°和90°信號。 ADL5387在RF輸入至基帶I和Q輸出之間提供約4.5 dB的轉(zhuǎn)換增益。

低通濾波、基帶增益和ADC驅(qū)動器功能全部使用 ADRF6510來實現(xiàn)。施加于 ADRF6510 的信號現(xiàn)在具有獨立的I和Q路徑，信號首先通過前置放大器放大，然后進行低通濾波，以抑制任何不需要的帶外信號和/或噪聲，最后通過VGA放大。

ADRF6510 的每個通道可分為三個級：

通過GNSW引腳，前置放大器具有6dB或12dB的用戶可選增益。低通濾波器可通過SPI端口設置為1MHz至30MHz的轉(zhuǎn)折頻率，步進為1MHz。VGA具有50dB增益范圍，增益斜率為30mV/dB。VGA增益通過GAIN引腳控制，GNSW引腳被拉低時范圍可為0.5dB至+45dB，GNSW引腳被拉高時范圍可為+1dB至+51dB。輸出驅(qū)動器能夠?qū)?.5Vpp差分電壓驅(qū)動至1k負載內(nèi)，同時保持高于60dBc的HD2和HD3。

可施加于低通濾波器同時仍在 ADRF6510內(nèi)保持可接受的HD電平的最大CW信號為2Vpp。如果存在較大帶外干擾源且可能造成 ADL5387 和/或ADRF6510的輸入過載，帶外干擾源(及所需的帶內(nèi)信號)可通過 ADL5336VGA予以衰減。 一旦帶外干擾源被ADRF6510的低通濾波器抑制，所需信號可使用XAMPVGA(緊隨 ADRF6510的濾波器)放大。

ADRF6510發(fā)出的IQ信號可施加于適當?shù)哪?shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，例如AD9248。

4-QAM、5 MSPS調(diào)制信號被施加于ADL5336的輸入。有關測試設置的更多信息，請參見“電路評估和測試”部分。

EVM衡量數(shù)字發(fā)射機或接收機的性能質(zhì)量，反映幅度和相位誤差所導致的實際星座點與理想位置的偏差。如圖2所示。

圖3顯示了系統(tǒng)EVM與ADL5336輸入功率的關系，VGA上的最大增益針對VGA1和VGA2分別設置為15.2dB和19.5dB。

測試了數(shù)個AGC設定點組合。圖4也是系統(tǒng)EVM與ADL5336輸入功率的關系；不過VGA的增益分別設置為9.7dB和13.4dB。測試了相同的AGC設定點組合。

圖3和圖4說明，施加于 ADRF6510 的信號電平必須保持足 夠低以免壓縮輸入級和/或濾波器。在最高AGC設定點 (500mVrms和707mVrms)， ADL5387IQ解調(diào)器的輸入開始壓縮并給EVM造成額外下降。當AGC設定點位于最低點 (88mVrms)時，可實現(xiàn)最佳EVM。當設定點為250mVrms 時，EVM已經(jīng)開始下降。

圖5比較了 ADL5336VGA上的最小和最大數(shù)字增益設置(VGA 均設置為增益代碼11或增益代碼00)間的EVM，此時VGA1 和VGA2設定點分別為250 mVrms和88 mVrms。

對于給定AGC設定點，當最大增益代碼為11時，從VGA2 至VGA1的切換在VGA2超出增益范圍后發(fā)生；因此，施加于 ADRF6510 的信號電平繼續(xù)增加(同時EVM下降)，直至 VGA1到達設定點。一旦VGA1到達設定點，EVM再次變平；因此施加于 ADRF6510 的信號電平在大約5 dBm的輸入功率下不會變化，除非VGA1超出增益范圍。當最大增益代碼設置為00時，VGA均可提供更多衰減，因此允許VGA2偏移動態(tài)范圍，以免在輸入功率低至與最大增益代碼為11時相同的情況下到達設定點。這樣VGA2可在較高輸入功率下保持在設定點，使VGA2至VGA1的切換可發(fā)生在VGA2超出增益范圍之前。這樣就能確保施加于 ADRF6510的信號電平保持在恒定值，直至到達輸入功率范圍最高點。

圖6比較了 ADL5336 VGA上的最小和最大數(shù)字增益設置(VGA 均設置為增益代碼11或增益代碼00)間的EVM；不過VGA1 和VGA2設定點分別為707mVrms和88mVrms。

圖6中的動態(tài)特性與圖5相同，只不過更為夸張。當最大增 益代碼為00時，VGA2在約-40dBm的輸入功率下到達設定點。其保持設定點至約-10dBm，此時VGA1尚未到達707mVrms的設定點。除非輸入功率約為0dBm，并且EVM開始略微變平，否則VGA1不會到達設定點。當最大增益設置為11時，相同情況再次發(fā)生；不過，VGA2僅保持設定點至大約-20dBm，因為再無更多增益可用于獲得規(guī)定的設定點。