現有的蜂窩基站大多采用超外差結構發送或接收射頻信號。這種結構需要兩次變頻或更多的上、下變頻級
、中間濾波和模擬信號處理。圖1的(de)上(shang)半(ban)部(bu)分(fen)給(gei)出(chu)了(le)一(yi)個(ge)兩(liang)級(ji)轉(zhuan)換(huan)蜂(feng)窩(wo)基(ji)站(zhan)的(de)典(dian)型(xing)超(chao)外(wai)差(cha)發(fa)送(song)框(kuang)圖(tu)
，很(hen)多(duo)此(ci)類(lei)發(fa)送(song)器(qi)已(yi)經(jing)被(bei)應(ying)用(yong)在(zai)單(dan)載(zai)波(bo)係(xi)統(tong)。因(yin)為(wei)多(duo)載(zai)波(bo)發(fa)送(song)器(qi)是(shi)從(cong)單(dan)載(zai)波(bo)發(fa)送(song)器(qi)複(fu)製(zhi)得(de)到(dao)的(de)，所(suo)以(yi)引(yin)入(ru)了(le)更(geng)多(duo)的(de)係(xi)統(tong)硬(ying)件(jian)。為(wei)了(le)努(nu)力(li)降(jiang)低(di)發(fa)送(song)器(qi)的(de)成(cheng)本(ben)，許(xu)多(duo)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)者(zhe)開(kai)始(shi)轉(zhuan)向(xiang)多(duo)載(zai)波(bo)發(fa)送(song)器(qi)和(he)簡(jian)單(dan)的(de)直(zhi)接(jie)變(bian)換(huan)射(she)頻(pin)結(jie)構(gou)。

 

圖1. 超外差變換和直接變換結構框圖

 

 

多duo載zai波bo結jie構gou降jiang低di了le發fa射she通tong道dao數shu
，直zhi接jie變bian換huan結jie構gou由you基ji帶dai信xin號hao直zhi接jie變bian換huan成cheng射she頻pin信xin號hao，從cong而er減jian少shao了le每mei個ge通tong道dao的de元yuan器qi件jian數shu量liang。這zhe兩liang種zhong結jie構gou都dou要yao求qiu寬kuan動dong態tai範fan圍wei和he高gao線xian性xing度du的de元yuan器qi件jian來lai滿man足zu整zheng個ge係xi統tong的de要yao求qiu。圖tu2給出了一個直接變換發送器結構。這種特殊結構大大降低了轉換處理的級數。多級混頻器、放大器、中頻和射頻濾波都由一個單片集成方案所替代。

 

圖2. 直接變換結構

 

直到近期
，數模轉換器(DAC)和直接變換調製器的性能還不足以支持3Gduozaibofengwojizhandeyaoqiu。xinyidaitongxinjizhandefasongqishejijiyaoqiudichengbenyouyaoqiugengjialinghuodejiejuefangan，zaidajianjichufashejiagoudeguochengzhong
，shepintiaozhiqidexuanzeqizhejuzuqingzhongdezuoyong。

 

 

Maxim近期推出了一款直接正交射頻調製器MAX2022，能夠滿足這些需求。這款器件提供極寬的動態範圍
，為發送器設計者在整個係統性能優化方麵提供了極大支持。

 

它具有非常高的OIP2和OIP3，配合接近-174dBm/Hz的輸出噪聲基底,可確保真正的多載波性能。單一發送器架構可以支持多種類型的調製方式，從CDMA2000、WCDMA到OFDM，並支持多達9個載波。在發送器設計中充分利用這些調製性能
，可以有效降低係統的硬件需求
，從而降低成本，並可提高鏈路的靈活性。 

 

MAX2022采用矽鍺工藝，覆蓋了1500MHz至2500MHz頻率範圍。圖3所示為本電路的內部結構。

 

圖3. MAX2022射頻調製器性能

 

MAX2022具有內部50Ω匹配的單端本振輸入，允許本振的輸入驅動範圍是-3dBm到+3dBm。本振經過內部緩衝
，由一個正交分路器分成兩部分，分別送到兩個無源混頻器。I、Q正交輸入為差分輸入，具有44Ω輸入阻抗。大於1GHz的de輸shu入ru帶dai寬kuan使shi這zhe款kuan芯xin片pian既ji可ke以yi作zuo為wei一yi個ge基ji帶dai直zhi接jie到dao射she頻pin的de調tiao製zhi器qi，也ye可ke以yi作zuo為wei一yi個ge具ju有you正zheng交jiao中zhong頻pin輸shu入ru的de鏡jing頻pin抑yi製zhi混hun頻pin器qi。正zheng交jiao輸shu入ru可ke直zhi接jie與yu電dian流liu輸shu出chuDAC接口
，省去了中間緩衝放大器

，傳統方案中的中間級緩衝放大器既限製了性能又增加了成本。混頻器將信號混頻後送到內部50Ω匹配的單端射頻輸出。

 

 

射頻調製器的性能由幾個獨立的參數決定，MAX2022在所有相關領域都有出色的表現。在P1dB為+12dBm時，OIP3為+22dBm。多載波之間的互調取決於OIP3，較高的OIP3可以確保較低的互調失真
，OIP2是另外一個針對零中頻應用的重要參數。MAX2022在UMTS波段的OIP2為+50dBm，OIP2對基帶信號意義重大，基帶信號的二次諧波將在射頻輸出產生頻譜擴展
，從而損害ACLR性能。較高的OIP2可以確保較低的ACLR失真。圖4所示是對該款芯片OIP2、OIP3測試結果，以及輸出功率在1500MHz至2500MHz頻率範圍內的變化曲線。

 

圖4. MAX2022 OIP2
、OIP3、POUT與頻率的對應關係

 

與無源混頻器相比，MAX2022的噪聲基底指標得到極大的改善。這些器件在典型輸出信號幅度下噪聲電平接近-174dBm/Hz。本振緩衝器的相位噪聲會對大於-10dBm的信號產生影響，不過，緩衝器-164dBc/Hz的超低相位噪聲設計能夠保證係統的性能。

 

圖5. 噪聲基底與輸出功率

 

射頻調製器的另一關鍵指標是動態範圍，定義為最大有效信號電平(表示為P1dB)與噪聲基底之差。MAX2022具有186dB的動態範圍
，遠遠超過了其它集成射頻調製器。

 

在PCS和UMTS波段，本振泄漏小於-40dBm，邊帶抑製優於45dB。數字預校準控製環路可以近一步優化性能，使本振泄漏低於-80dBm、邊帶抑製優於60dB。射頻通帶平坦度在100MHz帶寬內優於0.5dB，非常適合寬帶係統。
 

工作在UMTS波段的多載波WCDMA
 

多項性能指標綜合體現出的優勢在於多載波的互調特性。從本文可以看出，MAX2022能夠提供出眾的性能。

 

作為一個例子，我們考慮一個4載波WCDMA調製信號
，發送器設計必須符合WCDMA載波本身的帶寬要求，等於20MHz。另外，為修正由功率放大器造成的後續失真，需要給發射信號加入數字預失真
，這樣，帶寬要求可能超出100MHz。圖6給出了這種信號的頻譜。

 

圖6. 4載波UMTS頻譜

 

從圖中可以看出超常寬帶使發送器輸出頻譜超出了UMTSdedaikuanxianzhi。zheyaoqiufasongqidezaoshengzhibiaobixufuhefasongqimobandeyaoqiu，chaochupindaibianyuan，danbuxuyaoshepinlvboqilaichulizasanxinhaohezaoshengdianping。zheduishepintiaozhiqitichulehengaodeyaoqiu


，MAX2022的寬頻帶和大動態範圍可以支持這樣的係統設計。

 

圖7所示是在UMTS波段產生的單載波
、雙載波以及4載波WCDMA的ACLR性能。基於超寬的動態範圍，MAX2022可以在非常寬的輸出功率範圍維持良好的ACLR。圖中還提供了噪聲性能，以說明在指定的ACLR指標下所能提供的動態範圍。例如
，對於-28dBm/載波的4載波WCDMA信號
，ACLR可以達到66dB，輸出噪聲基底為-173.5dBm/Hz。

 

圖7. 1、2或4載波WCDMA信號的ACLR和噪聲性能

 

MAX2022的良好性能同樣可以用來產生其它類型的調製，例如OFDM
、QAM等。在CDMA2000和TD-SCDMA係統中可以支持到9載波。一係列的硬件配置可以實現任何調製方式。

 

 

高度集成的MAX2022的接口設計使它對外圍輔助電路的要求非常少，降低了係統成本。內部匹配的本振緩衝器和平衡變換器設計允許在-3dBm到+3dBm的低本振功率水平使用單端本振接口。集成的射頻平衡變換器允許50Ω阻抗匹配的單端射頻輸出。基帶信號的I和Q分量輸入采用差分輸入接口，具有44Ω內部阻抗匹配。這些特性使得芯片可以直接與高性能的電流輸出DAC連接，不需要中間緩衝放大器。按照MAX2022的性能指標，要找到一個不降低器件自身性能的外部基帶放大器很困難。幸運的是，在MAX2022應用配置中，這些基帶放大器並不是必須的。圖8提供了一個DAC與MAX2022終端接口的推薦電路。50Ω到地的電阻提供了適當的DAC端接，20mA典型值的峰值電流可對應產生0dBm的基帶輸入。

 

圖8. DAC與基帶輸入接口

 

為確保MAX2022的性能指標，必須進行仔細的係統級設計。圖9是一個推薦配置，帶有數字預失真能力的4載波WCDMA調製。圖中標出了該電路每一級的輸出信號電平、噪聲電平以及ACLR。

 

圖9. Tx信號分析

 

從DAC開始，我們要求一個可以產生50MHz帶寬的器件，並且ACLR遠遠優於這個設計的目標值65dB，同時噪聲和雜散電平要比較低。MAX5895是一個可以滿足這些要求的器件。關鍵的DAC指標是4載波工作下的ACLR
，以及噪聲和雜散電平。在這個應用中推薦使用內插式DAC，這類DAC能夠在相對較低的輸入數據速率下運行在較高輸出采樣率。這時，插值濾波器的衰減很關鍵，因為DAC後續的低通濾波器對臨近插值鏡頻分量沒有足夠的衰減。內插式DAChuizaijidaishurushujusulvdezhengshubeichuchanshengjingpinfenliang。ruguomeiyouzaitiaozhiqideshurujixiaochuzhexiefenliang，jingpinfenlianghuizaitiaozhiqideshuchuchanshengyanzhongdebiandai。MAX5895 95dB內插鏡頻抑製對於這類應用非常理想。這從根本上降低了DAC後續濾波器的複雜性。

 

從調製器輸出可以看出，調製器輸出信號電平為每載波-28dBm
，共計-22dBm。調製器性能決定ACLR為+66dB (DAC指標對其沒有限製)。然而，噪聲基底已經從調製器的-174dBm/Hz增大到-170dBm/Hz。這是由級聯的DAC噪聲電平造成的。因此，為了得到最優的設計

，必須仔細的選擇線路中的每個單元。

 

RF放大器需具有非常低的噪聲係數和適當的OIP3

，避免級聯ACLR的劣化。如果增益為12dB，這一級的OIP3最好大於+30dBm。選擇高OIP3的輸出級可以避免級聯ACLR的劣化。可以選用射頻可調增益放大器MAX2057，它能夠調節整個環路的增益。+37dBm的OIP3確保級聯ACLR保持在+65dB。 

 

當每載波維持在-139dBc/Hz的噪聲基底時，此發送器應可以產生+65dB的ACLR。這樣的噪聲基底和雜散電平是在沒有射頻濾波器的情況下得到的。可以在多波段係統中采用相同的硬件配置
，不需要作任何改動。

 

 

新型調製器MAX2022使發送設備能夠達到一個新的水準。可以構成零中頻和鏡頻抑製方案。利用該器件可以很容易地改善係統指標
、降低成本，實現一個靈活的發送器架構

，幫助設計人員提高發送器的設計效率。 

 

本文來源於Maxim。