一种射频收发器的优化方案

　　引言

　　在现代收发器设计中，差分接口常用在中频电路中以获得更好的性能，但实际设计过程中，工程师需要处理几个常见问题，包括阻抗匹配、共模电压匹配以及复杂的增益计算。

　　1 差分接口优势

　　差分接口有三大主要优势。首先，差分接口可抑制外部干扰和接地噪声。其次，它可以抑制偶次阶输出失真。这对于零中频(ZIF)接收机非常重要，因为出现在低频信号中的偶次阶成分无法滤除。第三，输出电压可达到单端输出的两倍，从而将给定电源上的输出线性度提高6 dB。

　　本文论述三种情况下的接口解决方案：ZIF接收机、超外差式接收机和发射机。这三种架构广泛用于射频拉远单元(RRU)、数字直放站和其他无线测试仪器中。

　　2 ZIF接收机接口设计和增益计算

　　在零中频(ZIF)接收机设计中，IF信号是复信号，直流和低频率信号来提供有用信息。典型解调器在驱动200 Ω至450 Ω负载时可提供最佳性能，同时ADC驱动器的输入阻抗一般并非50 Ω，因此设计系统时采用直流耦合很重要也很困难。

　　图1显示了一个ZIF接收机配置，它使用两个低噪声放大器(LNA) ADL5523 一个400MHz至6000MHz正交I/Q解调器ADL5380、一个作为本振(LO)的宽带频率合成器ADF4350以及一个双通道数字可编程可变增益放大器(VGA)AD8366。表1显示了相关ADL5380接口和增益参数。

　　

 

　　图1. ZIF接收机框图

　　表1.ADL5380接口和增益参数

　　

 

　　与具有217 Ω差分输入阻抗的AD8366接口时，ADL5380具有5.9 dB电压增益和–0.5 dB功率增益[5.9 dB – 10log (217/50)]。为获得最佳性能，将ADL5380 ADJ引脚连接至VS，使ADL5380与AD8366间的共模电压设置为2.5 V。在ADL5380与AD8366间放置具有0.5 dB插入损耗的差分四阶巴特沃兹低通滤波器，以便抑制噪声和高频干扰成分。虽然滤波器会输入和输出阻抗并不匹配，但在基带频率下这些不匹配是可以忽略的。

　　表2.AD8366接口和增益参数

　　

 

　　AD8366的共模输出电压可设置为2.5 V;当VCM保持浮空时其线性度最佳。遗憾的是，AD6642在0.9 V共模输入电压(0.5 × AVDD)下具有最佳性能。由于AD8366的共模输出电压必须介于1.6 V与3 V之间，因此AD6642 VCM和AD8366 VCM引脚无法直接连接，必须使用电阻将AD8366共模输出电压分压至0.9 V。

　　为获得最佳性能，AD8366应驱动200Ω载。要实现所需的共模电平和阻抗匹配，可在AD8366后添加63 Ω串联电阻和39 Ω并联电阻。这一电阻网络将使信号功率衰减4 dB。

　　AD8366的输出摆幅可达6 V p-p，但电阻网络提供的4 dB衰减使AD6642得到的电压限于2.3 V p-p，避免了较大干扰尖峰或增益的失控对ADC带来损害。

　　在AD8366与AD6642间放置具有1.5 dB插入损耗的差分六阶巴特沃兹低通滤波器，可以滤除高频干扰成分。I或者Q通道的完整差分接口如图2所示。

　　

 

　　图2.ZIF接收机接口框图和仿真滤波器特性

　　为保留足够的余量来应付整个温度范围内的增益变化，AD8366在正常模式下的增益设置为16 dB。

　　采用这种配置，整个信号链的增益如下：

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