(來(lái)源:亞德諾半導(dǎo)體)
從幾款核心器件下手,分析如何構(gòu)建儀表級(jí)毫米波發(fā)射信號(hào)鏈
發(fā)布時(shí)間:2021-04-19 來(lái)源:亞德諾半導(dǎo)體 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代,市場(chǎng)對(duì)更高帶寬的需求是永無(wú)止境的?,F(xiàn)在,范圍約在20GHz至110GHz之間的毫米波頻率變得越來(lái)越受歡迎,因?yàn)樵诤撩撞l率下可以獲得更高的帶寬。隨著半導(dǎo)體技術(shù)不斷發(fā)展,可供使用的毫米波頻率器件也變得越來(lái)越多,但是,毫米波器件的測(cè)試測(cè)量?jī)x器儀表可能非常復(fù)雜。如何使儀器儀表解決方案滿足毫米波設(shè)備的測(cè)試量需求,是通信測(cè)試行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。
在這類設(shè)備的設(shè)計(jì)中,高性能信號(hào)鏈非常關(guān)鍵,例如高速轉(zhuǎn)換器需要具有實(shí)現(xiàn)最新技術(shù)的寬帶寬發(fā)射和接收通道所需的性能,高性能 PLL、正交調(diào)制器和解調(diào)器、寬帶混頻器、寬帶開(kāi)關(guān)和衰減器,以及完整的收發(fā)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和 RF 組件系列等也扮演著至關(guān)重要的角色。作為高性能模擬技術(shù)提供商,ADI公司可提供各種滿足通信測(cè)試設(shè)備需求的解決方案,本文從該公司相幾款核心器件入手分析如何構(gòu)建儀表級(jí)毫米波發(fā)射信號(hào)鏈。
▼測(cè)量性能指標(biāo)EVM的重要性
誤差矢量幅度 (EVM) 是數(shù)字調(diào)制準(zhǔn)確度的一種標(biāo)量測(cè)量,對(duì)于任何數(shù)字調(diào)制信號(hào)源來(lái)說(shuō)都是一項(xiàng)重要的品質(zhì)因數(shù)。在發(fā)送器調(diào)制器中實(shí)現(xiàn)低EVM是很重要,因?yàn)橐粋€(gè)信號(hào)的EVM在通過(guò)發(fā)送/接收鏈路的每個(gè)組件時(shí)都將發(fā)生劣化。發(fā)送器上變頻轉(zhuǎn)換器、濾波器、功率放大器、接收器、甚至包括通信通道均會(huì)損害信號(hào)質(zhì)量。
下圖顯示了無(wú)線電器件的EVM浴盆曲線,此曲線顯示了器件在操作功率下的可用動(dòng)態(tài)范圍。由于儀器儀表解決方案的EVM目標(biāo)通常比大部份標(biāo)準(zhǔn)限值低一個(gè)數(shù)量級(jí),所以如果將該限值應(yīng)用于同一器件,就會(huì)發(fā)現(xiàn)該器件的可用范圍縮小了。如何構(gòu)建出EVM性能高出標(biāo)準(zhǔn),是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
▼如何構(gòu)建數(shù)量級(jí)差距的優(yōu)質(zhì)毫米波測(cè)試設(shè)備
在大多數(shù)情況下,通過(guò)元件選型和優(yōu)化,可以大大改善EVM,但這可能還不夠,通過(guò)重新配置系統(tǒng),可以用噪聲性能換取線性度性能,使曲線向右移動(dòng),當(dāng)然也可以做相反的事情,重新配置系統(tǒng)以獲得更好的噪聲性能,曲線將向左移動(dòng),經(jīng)過(guò)重新配置,可以創(chuàng)建一條新的浴盆曲線,如下圖所示,它比原始設(shè)計(jì)好一個(gè)數(shù)量級(jí)。在這種設(shè)置下,設(shè)計(jì)人員可以使用一個(gè)高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一個(gè)毫米波上變頻器、一個(gè)超低相位噪聲轉(zhuǎn)換環(huán)路器件和一個(gè)放大器來(lái)構(gòu)建毫米波發(fā)射鏈。
在該毫米波發(fā)射鏈中使用的是復(fù)中頻拓?fù)?,因?yàn)槭褂眠@種復(fù)中頻拓?fù)渲螅瑸V波可以得到簡(jiǎn)化,同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)出色的整體性能。首先使用混合信號(hào)前端(MxFE)器件AD9082來(lái)創(chuàng)建復(fù)中頻,該器件包含4個(gè)DAC,每個(gè)以12GSPS運(yùn)行,可以使用內(nèi)置的數(shù)字調(diào)制器直接生成復(fù)中頻波形。然后將這些相隔90°的中頻信號(hào)饋送至ADMV1013,該器件是一個(gè)集成式毫米波上變頻器,配有內(nèi)置的倍頻器和可調(diào)諧的LO濾波器。接著使用轉(zhuǎn)換環(huán)路器件ADF4401A生成載波信號(hào),用于上變頻操作,此器件生成的載波信號(hào),具有非常整齊的光譜含量和超低相位噪聲。最后將這個(gè)毫米波調(diào)制器的輸出連接到毫米波頻率放大器HMC635上,將結(jié)果輸出連接至矢量信號(hào)分析儀。
另外,使用集成到ADMV1013器件中的LO調(diào)零功能,可以大幅降低載波饋通效應(yīng),LO饋通消除和邊帶減小將有助于簡(jiǎn)化信號(hào)鏈所需的濾波器,在這種設(shè)置下,邊帶降低了-35dBc,載波饋通降低了﹣30dBc,且無(wú)需實(shí)施額外校準(zhǔn),通過(guò)校準(zhǔn)還能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步改善。
再來(lái)說(shuō)說(shuō)發(fā)射鏈上的EVM性能,發(fā)射鏈的輸出連接到商用矢量信號(hào)分析儀,再次得出測(cè)試矢量寬度為100MHz,5G新無(wú)線電FR2波形具備256正交波幅調(diào)制。如下圖所示,全部頻率上的EVM性能非常好,標(biāo)準(zhǔn)EVM限值約為﹣30dBc,圖中顯示的EVM比標(biāo)準(zhǔn)限值低約15dB,與商用臺(tái)式信號(hào)發(fā)生器相比,使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。注意,對(duì)于系統(tǒng)的每種配置會(huì)有多個(gè)浴盆曲線,在較低功率水平下,信號(hào)鏈中的最終放大器被旁路,這有助于使噪聲性能優(yōu)先于線性度性能。隨著輸出功率提高,將器件配置為線性度性能優(yōu)先于噪聲性能,由此產(chǎn)生的EVM浴盆曲線要寬得多,這證明,通過(guò)重新配置系統(tǒng),可以提高系統(tǒng)級(jí)EVM性能。
▼毫米波發(fā)射鏈核心器件解析
AD9082:混合信號(hào)前端AD9082是一款高度集成的器件,搭載16位、12 GSPS最大采樣速率的RF DAC內(nèi)核,以及12位、6 GSPS采樣速率的RF ADC內(nèi)核,支持4個(gè)發(fā)射器通道和2個(gè)接收器通道,非常適合需要使用寬帶ADC和DAC來(lái)處理具有寬瞬時(shí)帶寬的信號(hào)的應(yīng)用。
ADMV1013:這是一款專門針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)微波無(wú)線電設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的寬帶微波升頻器,其工作射頻 (RF) 范圍為 24 GHz 至 44 GHz。ADMV1013提供兩種頻率轉(zhuǎn)換模式,能夠從基帶同相正交 (I/Q) 輸入信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為 RF,以及從復(fù)雜中頻 (IF) 輸入進(jìn)行單邊帶 (SSB) 升頻轉(zhuǎn)換。可以禁用基帶 I/Q 輸入路徑,而且可以在 IF 路徑中插入 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范圍內(nèi)任何頻率的復(fù)雜調(diào)制 IF 信號(hào)并將該信號(hào)升頻轉(zhuǎn)換到 24 GHz 至 44 GHz,同時(shí)抑制不需要的邊帶,抑制幅度通常優(yōu)于 26 dBc。串行端口接口 (SPI) 允許調(diào)整正交相位和混頻器柵極電壓,以便實(shí)現(xiàn)最佳邊帶抑制和本地振蕩器 (LO) 調(diào)零。
ADF4401A:一款10fs抖動(dòng)、DC至8GHz轉(zhuǎn)換環(huán)路,可以實(shí)現(xiàn)超低相位噪聲和抖動(dòng)性能,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)儀表級(jí)性能,完全集成且內(nèi)置屏蔽體的緊湊器件,可以減少整體的設(shè)計(jì)尺寸。使用該器件構(gòu)建的信號(hào)鏈的EVM性能大大優(yōu)于使用傳統(tǒng)基于PLL的LO構(gòu)建的信號(hào)鏈,此外,與商用臺(tái)式信號(hào)發(fā)生器相比,使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。
HMC635:一款GaAs PHEMT MMIC驅(qū)動(dòng)放大器裸片,工作頻率范圍為18至40 GHz,提供19.5 dB的增益,+29 dBm輸出IP3及+23 dBm的輸出功率(1 dB增益壓縮時(shí)),功耗為280 mA(+5V電源),非常適合作為微波無(wú)線電應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)放大器,或用作工作頻率范圍為18至40 GHz的混頻器LO放大器,可提供高達(dá)+24 dBm的飽和輸出功率(15% PAE)。
▼總結(jié)
隨著科技的發(fā)展,越來(lái)越多的行業(yè)和應(yīng)用開(kāi)始使用毫米波的頻率,但毫米波測(cè)試所需的設(shè)備具有極高的性能要求,ADI可提供廣泛的器件來(lái)構(gòu)建儀表級(jí)毫米波信號(hào)鏈,支持客戶為新興的毫米波市場(chǎng)開(kāi)發(fā)差異化系統(tǒng)。
(來(lái)源:亞德諾半導(dǎo)體)
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