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24-44GHZ宽带集成上下变频器可提高微波无线电性能

时间:2020-08-13 18:09:21 来源:安威无线 点击:

     ADI公司分别推出了一对高度集成的微波上变频器和下变频器芯片ADMV1013和ADMV1014。这些IC在24 GHz至44 GHz的50Ω匹配频率范围内工作,可支持超过1 GHz的瞬时带宽。ADMV1013和ADMV1014的性能属性简化了小型5G毫米波(mmW)平台的设计和实施,该平台可覆盖回程和前传中流行的28 GHz和39 GHz频段以及许多其他超宽带宽发射机和接收机应用。
 
     每个上变频器和下变频器芯片都是高度集成的(见图1),由同相(I)和正交(Q)混频器组成,带有片上正交移相器,可配置为直接向/从基带转换(可从直流到直流)。 6 GHz)或往返于可在800 MHz至6 GHz范围内工作的中频(IF)。上变频器的RF输出具有一个带电压可变衰减器(VVA)的片上发射驱动器放大器,而下变频器的RF输入则包含一个低噪声放大器(LNA)和具有VVA的增益级。这两款芯片的本地振荡器(LO)链均包含一个集成的LO缓冲器,一个四倍频器和一个可编程带通滤波器。大多数可编程性和校准功能都是通过SPI接口控制的;
图1:(a)(左)ADMV1013上变频器芯片框图。(b)(右)ADMV1014下变频器芯片框图
 
     深入了解ADMV1013上变频器
 
     ADMV1013提供两种频率转换模式。一种模式是从基带I和Q到RF的直接上变频。在这种I / Q模式下,基带I和Q差分输入可以接受高达6 GHz的直流信号,例如,该信号是由一对高速发射数模转换器(DAC)产生的。这些输入具有0 V至2.6 V的可配置共模范围;因此,它们可以适应大多数DAC的接口要求。因此,当选择具有特定共模电压的DAC时,可以轻松设置上变频器的寄存器以匹配该VCM电压的最佳偏置,从而简化了接口设计。另一种模式是从复杂的IF输入(例如由正交数字上变频器设备生成的信号)将单边带上变频到RF。
 
     ADMV1013的独特之处在于它能够在I / Q模式下对I和Q混频器的直流失调误差进行数字校正,从而改善了LO向RF输出的泄漏。校准后,在最大增益下,RF输出处可实现的LO泄漏可低至–45 dBm。困扰直接转换无线电设计的一个甚至更困难的挑战是I和Q相位不平衡的挑战,这导致不良的边带抑制。直接转换的另一个挑战是,边带通常太靠近微波载波,这使滤波器变得不切实际。ADMV1013通过允许用户通过寄存器调整以数字方式校正I和Q相位不平衡,从而解决了该问题。在正常操作中,上变频器表现出26 dBc的未校准边带抑制。使用片上寄存器,校准后,其边带抑制可提高到约36 dBc。两种校正功能都可以通过SPI进行访问,而无需额外的电路。在I / Q模式下,可以通过在基带处进一步调整I和Q DAC的相位平衡来实现额外的抑制。这些性能增强功能最大限度地减少了外部滤波,同时改善了微波频率下的无线电性能。
 
     集成了LO缓冲器后,该器件仅需要0 dBm驱动。因此,可以方便地从具有集成压控振荡器(VCO)的合成器直接驱动器件,例如ADF4372或ADF5610,从而进一步减少了外部组件。片上频率四倍频器将LO频率乘以所需的载波频率,并通过可编程带通滤波器,以减少不想要的乘数谐波,然后再给混频器的正交相位发生器级供电。这种安排大大减少了混频器中的杂散注入,同时允许该器件与外部低成本,低频合成器/ VCO一起工作。然后,经过调制的RF输出通过一对放大器级之间的VVA进行放大。增益控制提供35 dB的用户调节范围,最大级联转换增益为23 dB。ADMV1013采用40引脚焊盘栅格阵列封装(见图2)。这些功能相结合,可提供卓越的性能,最大的灵活性和易用性,同时所需的外部组件最少。因此,可以实现诸如小型小区基站之类的小型微波平台。
图2:ADMV1013采用6×6 mm表面贴装封装,其评估板上显示
 
     深入了解ADMV1014下变频器
 
     ADMV1014在其LO路径中还具有一些类似的元件,例如LO缓冲器,四倍频器,可编程带通滤波器和正交移相器。但是,ADMV1014被设计为下变频器件(参见图1b框图),其RF前端具有一个LNA,后接一个VVA和一个放大器。连续的19 dB增益调整范围由施加到VCTRL引脚的直流电压控制。用户可以选择将IMV模式下的ADMV1014用作从微波到基带直流的直接转换解调器。在这种模式下,已解调的I和Q信号在各自的I和Q差分输出处被放大。它们的增益和直流共模电压可以由寄存器通过SPI设置,从而允许差分信号直流耦合,例如耦合到一对基带模数转换器(ADC)。或者,ADMV1014可用作单端I和Q IF端口的图像抑制下变频器。在任何一种模式下,都可以通过SPI校正I和Q相位和幅度不平衡,从而改善下变频器在解调到基带或IF时的镜像抑制性能。总体而言,下变频器在24 GHz至42 GHz的频率范围内提供的总级联噪声系数为5.5 dB,最大转换增益为17 dB。随着工作频率接近频带边缘(高达44 GHz),级联的NF仍然是可观的6 dB。总体而言,下变频器在24 GHz至42 GHz的频率范围内提供的总级联噪声系数为5.5 dB,最大转换增益为17 dB。随着工作频率接近频带边缘(高达44 GHz),级联的NF仍然是可观的6 dB。总体而言,下变频器在24 GHz至42 GHz的频率范围内提供的总级联噪声系数为5.5 dB,最大转换增益为17 dB。随着工作频率接近频带边缘(高达44 GHz),级联的NF仍然是可观的6 dB。
图3:ADMV1014,其评估板安装在尺寸稍小的5×5 mm封装中
 
     提升5G mmW无线电性能
 
     图4显示了在4 GHz上以256 QAM调制的独立100 MHz信道上的5G NR波形,在每个信道上–20 dBm输入功率下,在28 GHz频率下测得的下变频器性能。测得的EVM为–40 dB(1%rms),从而可以解调mmW 5G所需的高阶调制方案。凭借上变频器和下变频器的> 1 GHz带宽能力,以及用于上变频器的23 dBm OIP3和用于下变频器的0 dBm IIP3,该组合有望支持高阶QAM调制-因此具有高数据吞吐量。此外,这些设备还有利于其他应用,例如卫星和地球站宽带通信链路,安全通信无线电,RF测试设备和雷达系统。其出色的线性度和图像抑制性能令人信服,
 

 
     图4:在28 GHz时测得的EVM性能(以均方根百分比表示)与输入功率的关系以及相应的256 QAM星座图
 
 
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