電路功能與優勢
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整信號電平。 ADRF6510 基帶ADC驅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地調節。這樣可以確保由本電路驅動的ADC的可用動態范圍得到充分使用。
電路內核是IQ解調器。 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確保了對誤差矢量幅度(EVM)的影響極小。
本電路內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。
圖1. 直接變頻接收機原理示意圖(所有連接和去耦均未顯示)
電路描述
接收機架構
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。與可以執行多次頻率轉換的超外差式接收機相比，直接變頻無線電只能執行一次頻率轉換。一次頻率轉換的優勢如下：
- 降低接收機復雜性，減少所需級數；提高性能和降低功耗
- 避免鏡像抑制問題和不需要的混頻產物；只需要基帶上的一個LPF
- 高靈敏度(相鄰通道抑制比[ACRR])
圖1顯示了該系統的基本原理示意圖，包括集成自動增益控制(AGC)環路的級聯中頻可變增益放大器(VGA)，以及緊隨其后的正交解調器、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的動態范圍(信噪比)。實際上，情況可能并非如此。在正交解調器之前放置級聯VGA不僅會給系統帶來更多增益，而且有利于整體系統噪聲性能，只要VGA的噪聲系數低于正交解調器，只要VGA仍具有增益，且未發生衰減。后續級的噪聲系數通過初始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)的另一優點是AGC環路可經設計以調平正交解調器的輸入信號。這一限制施加于正交解調器和任何后續級的信號電平的能力非常重要。
中頻VGA和AGC環路
中頻VGA和AGC環路功能可通過 ADL5336來實現。它具有兩個可級聯VGA，每個VGA具有24 dB的模擬動態范圍，并且可以通過SPI端口以數字方式改變每個VGA上的最大增益。
為了實現信號調平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，誤差電流便會產生并集成到CAGC電容內。AGC環路通過將DTO1/DTO2引腳連接到GAIN1/GAIN2引腳關閉。為了使AGC環路正常工作，將MODE引腳拉至低電平，從而產生負VGA增益斜率。
每個 ADL5336 VGA具有允許的輸入功率范圍，AGC將在此范圍內調平至特定設定點。在該范圍以外，VGA輸出隨輸入一起按dB遞增或遞減(假定VGA未處于壓縮狀態或信號不在噪底內)。
IQ解調器
信號從 ADL5336 路由至 ADL5387，在此接受解調并將頻率轉換為零中頻。 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的轉換增益。
低通濾波器、基帶VGA和ADC驅動器
低通濾波、基帶增益和ADC驅動器功能全部使用 ADRF6510來實現。施加于 ADRF6510 的信號現在具有獨立的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：
- 前置放大器
- 可編程低通濾波器
- VGA和輸出驅動器
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。輸出驅動器能夠將1.5Vpp差分電壓驅動至1k負載內，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發出的IQ信號可施加于適當的模數轉換器(ADC)，例如AD9248。
測量結果
4-QAM、5 MSPS調制信號被施加于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衡量數字發射機或接收機的性能質量，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2. EVM圖
圖3顯示了系統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。
測試了數個AGC設定點組合。圖4也是系統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. 系統EVM，數字VGA增益=11
圖4. 系統EVM，數字VGA增益=00
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，可實現最佳EVM。當設定點為250mVrms 時，EVM已經開始下降。
圖5比較了 ADL5336VGA上的最小和最大數字增益設置(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。
圖5. 系統EVM，VGA1設定點=250MVRMS，VGA2設定點=88MVRMS
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超出增益范圍后發生；因此，施加于 ADRF6510 的信號電平繼續增加(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. 系統EVM，VGA1設定點=707MVRMS，VGA2設定點=88MVRMS
圖6中的動態特性與圖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定的設定點。
常見變化
系統和頻率合成器
為 ADL5387提供2XLO的信號發生器可被寬帶頻率合成器取 代，例如 ADF4350，該器件集成了VCO。 ADF4350 屬于一個頻率合成器系列，該系列具有135MHz至4350MHz的寬頻率范圍，且具有變化的相位噪聲和輸出功率指標，因此很容易找到符合應用所需規格的器件。
系統和ADC
為系統添加ADC以對 ADRF6510的I和Q信號進行采樣正是完善模擬信號鏈自然演化的結果。雙通道ADC，例如 AD9248，提供14位分辨率，且采用20MSPS、40MSPS或65MSPS采樣速率。建議在 ADRF6510 和 AD9248 的輸出之間放置抗混疊濾波器。抗混疊濾波器設計示例請參考 ADRF6510 數據手冊。
ADRF6510 輸出共模電壓考慮因素
ADRF6510 輸出共模電壓可在1.5V至3.0V范圍內調節，且不會損失驅動能力。許多現代ADC的輸入共模電壓小于1.5V。將VOCM引腳驅動至小于1.5 V的輸出共模電壓使 ADRF6510 的失真性能開始下降；但器件在小于1.5 V的共模電平下仍可工作。為了保持失真性能，可能需要直流電平轉換電路，或者可使用具有較低共模電壓的集成式濾波器和VGA器件，例如ADRF6516。
電路評估與測試
需要/使用的設備
信號發生器包括：
- Agilent E4438C vector signal generator
- AgilentE4438C矢量信號發生器
基帶信號捕獲器件有
- AgilentDSO90604A示波器
EVM運算器件包括：
- Agilent89600VSA軟件
- 運行WindowsXP的PC，通過USB電纜連接到示波器
電源包括：
- ±5V電源除 AD8130電路板需要±5V外，所有電路板均需要+5V
評估板包括：
- ADL5336-EVALZ (需要一個)
- ADL5387-EVALZ (需要一個)
- ADRF6510-EVALZ (需要一個)
- AD8130-EBZ (需要兩個)
開始使用
要使用 ADL5336和 ADRF6510，需要評估軟件來控制每個器件的各個方面。此軟件可在工具、軟件和仿真模型鏈接中的各個產品網頁上找到。
下載和安裝軟件后，將USB電纜從電腦連接到評估板，然后針對需要控制的器件運行軟件。
功能框圖
圖7顯示了用于測試接收鏈的測試設置的功能框圖。 ADL5336評估板僅允許單端輸入和輸出。 ADL5387板上的RF輸入也是如此。矢量信號發生器上的RF輸出端口僅為單端；因此，發生器與 ADL5336的輸入之間需要巴倫。如圖7 所示，直至 AD8130差動放大器的其余信號路徑均為差分。 由于示波器僅允許對單端信號進行采樣，同時受VSA軟件控制，因此需要差分轉單端轉換。
設置與測試
接收機測試設置的第一步是開啟所有測試設備。測試設備預熱時，電路板必須正確配置以便在信號鏈內正常使用。
在 ADL5336上，應確保安裝0w跳線電阻，將VGA1輸出連接到VGA2輸入。
在ADL5387電路板上，旁路輸出巴倫以在ADL5387和ADRF6510之間構建完整的差分、直流耦合信號路徑。
在 ADRF6510電路板上，執行下列操作：
- 旁路輸入和輸出巴倫
- 在輸出信號線路上放置1k差分輸出負載(每個輸出路徑上放置兩個接地的500電阻就足夠了)
- 用1μF電容取代普通COFS電容。
圖7. 測試直接變頻接收機的功能框圖
收集評估板并將所有信號路徑連接在一起，如圖7所示。將所有電路板連接到+5V，同時將兩個 AD8130板連接到-5V。請確保電源電流與期望值一致。
如圖7所示，完成下列連接：
- 將矢量信號發生器的單端、50輸出連接到 ADL5336評估板的INPUT1。
- 將AD8130的I信號路徑輸出連接到示波器上的輸入1，并將AD8130的Q信號路徑輸出連接到示波器的輸入3。
- 將USB電纜從PC連接到示波器。
- 將信號發生器的RF端口連接到ADL5387評估板的LO輸入。
在AgilentE4438C信號發生器上，執行下列操作：
- 將頻率設置為400MHz
- 將幅度設置為0dBm
- 接通RF端口
在AgilentE4438C矢量信號發生器上，執行下列操作：
- 將RF載波頻率設置為200MHz
- 接通RF端口
- 接通RF端口
- 接通矢量信號發生器內部的定制ARB
- 將信號設置為4-QAM，符號速率設置為5MSPS，脈沖整形濾波器值設置為0.35
在PC上，啟動Agilent89600VSA軟件。在VSA軟件中，執行下列操作：
- 接通數字解調器
- 將輸入設置為I+jQ選項
- 將頻率設置為0Hz，符號速率設置為5MSPS，值設置為0.35
矢量信號發生器上的信號指標必須匹配VSA軟件上的指標。軟件啟動后，應顯示IQ星座圖窗格和頻譜窗格。在VSA軟件中通過下列步驟添加信息窗口：
1. 點擊顯示
2. 點擊布局
3. 選擇柵格2×2
默認情況下，已經顯示的其他兩個窗格應為誤差矢量與時間和信息窗口：符號/誤差。如果并非如此，執行下列操作
1. 雙擊任意窗格的標題
2. 在出現的窗口中選擇符號/誤差
符號/誤差窗格提供許多結果，包括EVM。軟件應鎖定在信號上，并報告EVM數值。
AGC設定點、最大增益和濾波器帶寬全部可采用個別器件的各控制軟件來設置。 ADL5336輸入端的功率控制可通過矢量信號分析儀上的功率掃描完成。從−80dBm掃描至幾乎+16dBm，以便在此測試設置下測試接收機。 ADRF6510上的增益始終設置為實現1.5Vp-p差分輸出電平，假定有足夠的增益可用。某些情況下，對于極小的信號電平， ADRF6510無足夠的增益來到達1.5Vp-p差分電平。
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