用LO二分频调制器的宽带低误差矢量幅度直接变频发射机

连接/参考器件

ADF4351 集成VCO的小数N分频PLL IC

ADL5385：宽带发射调制器

ADP150：低噪声3.3 V LDO

ADP3334：低噪声可调LDO

评估和设计支持

电路评估板

ADF4351评估板(EVAL-ADF4351EB1Z)

ADL5385评估板(ADL5385-EVALZ)

设计和集成文件

原理图、布局文件、物料清单

电路功能与优势

本电路为宽带直接变频发射机模拟部分的完整实施方案(模拟基带输入、RF输出)。通过使用锁相环(PLL)和宽带集成电压控制振荡器(VCO)，本电路支持30 MHz至2.2 GHz范围内的RF频率。与使用一分频本地振荡器(LO)级的调制器不同(如CN-0285中所述)，本电路无需进行LO的谐波滤波。

获得最佳性能的唯一要求，就是以差分方式驱动调制器的LO输入。ADF4351可提供差分RF输出，因此极其适用于本电路。PLL转调制器接口适用于所有集成2XLO分相器的I/Q调制器和I/Q解调器。低噪声LDO确保电源管理方案对相位噪声和误差矢量幅度(EVM)没有不利影响。这种器件组合可以提供30 MHz至2.2 GHz频率范围内业界领先的直接变频发射机性能。对于2.2 GHz以上的频率，则推荐使用一分频调制器，如CN-0285所述。

图1. 直接变频发射机(原理示意图：未显示所有连接和去耦)

电路描述

图1所示电路使用完全集成的小数N分频PLL IC ADF4351和宽带发射调制器ADL5385。ADF4351向发射正交调制器ADL5385提供本振(LO频率为调制器RF输出频率的两倍)信号，后者将模拟I/Q信号上变频为RF信号。两个器件共同提供宽带基带I/Q至RF发射解决方案。

ADF4351采用超低噪声3.3 V ADP150调节器供电，以实现最佳LO相位噪声性能。ADL5385则采用5 V ADP3334 LDO供电。ADP150 LDO的输出电压噪声仅为9 μV rms(10 Hz至100 kHz积分)，有助于优化VCO相位噪声并减少VCO推压的影响(等效于电源抑制)。有关使用ADP150 LDO对ADF4351供电的更多详情，请参见CN-0147。

ADL5385采用二分频模块产生正交LO信号。因此，正交精度取决于输入LO信号的占空比精度(以及内部分频器触发器的匹配)。上升和下降时间的任何不平衡都会导致偶数阶谐波出现，影响ADF4351 RF的输出。当以差分形式驱动调制器LO输入时，可以消除偶数阶谐波，改善总体正交产生性能。(详见“宽带ADC前端设计考虑：何时使用双变压器配置。”作者：Rob Reeder和Ramya Ramachandran，模拟对话，40-07)

由于边带抑制性能取决于调制器的正交精度，相比单端方式，以差分方式驱动LO输入端口能获得更佳的边带抑制。比起大部分集成VCO的竞争型PLL器件所采用的单端输出，ADF4351可提供差分RF输出。

ADF4351输出匹配包括ZBIAS上拉电阻，电源节点的去耦电容也起到一定的作用。为实现宽带匹配，建议使用阻性负载(ZBIAS = 50 Ω)，或者将一个阻性负载与ZBIAS的电抗性负载并联。后者提供的输出功率稍高，具体取决于所选的电感。对于1 GHz以下的LO工作频率，则使用数值为19 nH或更高的电感。利用ZBIAS = 50 Ω可得出本电路的测量结果;输出功率设置为5 dBm。使用50 Ω电阻时，此设置在全频段范围内的每输出约为0 dBm;而使用差分输入时为3 dBm。ADL5385 LO的输入驱动电平规格为−10 dBm至+5 dBm;因此，它能够降低ADF4351的输出功率，节省功耗。

边带抑制性能与RF输出频率的扫描关系图如图2所示。在该扫描图中，测试条件如下：

· 基带I/Q幅度 = 1.4 V p-p差分正弦波与500 mV直流偏置正交

· 基带I/Q频率(fBB) = 1 MHz

· LO = 2 × RFOUT

测试设置的简化框图如图3所示。由于标准ADL5385板不支持差分LO输入驱动，因此测试中使用了修改后的ADL5385评估板。

图2. 边带抑制，RFOUT从30 MHz扫描至2200 MHz

图3. 测量边带抑制的测试设置(原理示意图)

相比数据手册测量中利用低噪声RF信号发生器驱动ADL5385，本电路获得了类似的(甚至更佳的)边带抑制性能。利用ADF4351的差分RF输出可消除偶数阶谐波，并提升调制器的正交精度。这会影响边带抑制性能和EVM。对图1所示电路的测量表明，该电路的单载波W-CDMA复合EVM优于2%。因此，该电路为30 MHz至2.2 GHz的频率提供了低EVM宽带解决方案。对于2.2 GHz以上的频率，可使用一分频调制器模块，如CN-0285所述。

常见变化

本文所述PLL转调制器接口适用于所有集成2XLO分相器的I/Q调制器。它还适用于基于2XLO的I/Q解调器，如ADL5387。

电路评估与测试

CN-0311使用EVAL-ADF4351EB1Z和ADL5385-EVALZ评估所述电路，能够快速设置并进行评估。EVAL-ADF4351EB1Z使用评估板附带光盘中的标准ADF4351编程软件。

设备要求

需要以下设备：

· 带USB端口的Windows® XP、Vista或Windows 7 PC

· EVAL-ADF4351EB1Z评估板

· ADL5385-EVALZ评估板，

· ADF4351编程软件

· 电源 (5 V, 500 mA)

· I/Q信号源，如Rohde Schwarz AMIQ

· 频谱分析仪

另外，可参考针对EVAL-ADF4351EB1Z评估板的UG-435用户指南、ADF4351数据手册和ADL5385数据手册。

开始使用测试设置的电路描述、原理图和框图详细信息参见CN-0311(见图1和图3)。UG-435用户指南详细说明了EVAL-ADF4351EB1Z评估软件的安装和使用。UG-435还包含电路板设置说明和电路板原理图、布局和物料清单。ADL5385数据手册中含有ADL5385-EVALZ电路板原理图、框图、物料清单、布局和组装信息。相关器件信息，请参考ADF4351数据手册和ADL5385数据手册。