優(yōu)化超寬帶直接轉(zhuǎn)換接收器的性能

　　引言

　　零中頻 (Zero-IF) 接收器并不是什么新事物;其被人們所大量使用已經(jīng)有些時(shí)日了，蜂窩手機(jī)便是它的重要應(yīng)用領(lǐng)域。然而，其在諸如無線基站的高性能接收器中的使用卻少有成功的案例。這主要是因?yàn)樗鼈兊膭?dòng)態(tài)范圍有限，而且也不太為人們所了解。一款新型寬帶寬零中頻 I/Q 解調(diào)器有助于緩解主用接收器及 DPD (數(shù)字預(yù)失真) 接收器在動(dòng)態(tài)范圍和帶寬方面的不足，并使 4G 基站能夠以具成本效益的方式滿足移動(dòng)接入不斷增長的帶寬需求。本文討論的主題是：如何盡量抑制造成零中頻接收器動(dòng)態(tài)范圍縮小的 IM2 非線性及 DC 偏移來實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化，從而為棘手的設(shè)計(jì)提供一種可行的替代方案。

　　推進(jìn)帶寬的不斷擴(kuò)大

　　直到最近，大多數(shù)基站只需要處理一個(gè) 20MHz 寬的通道帶寬 (通常被分配給不同的無線載波)。與此 20MHz 通道相關(guān)聯(lián)的是一個(gè)配套的 100MHz 帶寬 DPD 接收器，用于測量高達(dá) 5 階的互調(diào)失真寄生信號，以提供有效的失真抵消作用。這些要求通?？衫酶?IF (外差) 接收器有效地予以滿足。然而，隨著業(yè)界日益迫切地希望基站支持整個(gè) 60MHz 頻段的運(yùn)作，此類設(shè)計(jì)的難度如今大為增加。對于整個(gè)無線制造、安裝和部署商業(yè)模型而言，完成這項(xiàng)偉大的工程在節(jié)省成本方面具有重大的意義。

　　為了適應(yīng)三倍的帶寬，DPD 接收器的帶寬也必須從 100MHz 增加至 300MHz。在 75MHz 頻段中，DPD 帶寬增至驚人的 375MHz。設(shè)計(jì)能夠支持這種帶寬的接收器可不是一項(xiàng)微不足道的工作。噪聲會(huì)由于帶寬的擴(kuò)展而增加，增益平坦度變得更加難以實(shí)現(xiàn)，而且所需的 A/D 轉(zhuǎn)換器采樣速率大幅度增加。此外，帶寬如此之高的組件其成本也高得多。

　　傳統(tǒng)高 IF 接收器所具備的中等帶寬不再足以支持具有 ±0.5dB 典型增益平坦度的 300MHz 或更高頻率的 DPD 信號。300MHz 的基帶帶寬將需要選擇一個(gè)最小 150MHz 的 IF 頻率。要想找到一款采樣速率可超過 600Msps、同時(shí)具合理價(jià)格的 A/D 轉(zhuǎn)換器 (即使是 12 位分辨率) 絕非輕而易舉。用戶可能被迫采取折衷方案而去使用一款 10 位轉(zhuǎn)換器。

　　新型 I/Q 解調(diào)器放寬了帶寬限制條件

　　凌力爾特的 LTC5585 I/Q 解調(diào)器專為支持直接轉(zhuǎn)換而設(shè)計(jì)，因而允許接收器將上述 300MHz 寬 RF 信號直接解調(diào)至基帶 (見邊注：零中頻接收器的工作原理)。I 和 Q 輸出被解調(diào)為一個(gè) 150MHz 帶寬信號，僅為高 IF 接收器帶寬的一半。為了獲得一個(gè) ±0.5dB 的通帶增益平坦度，器件的 -3dB 轉(zhuǎn)角頻率必須擴(kuò)展至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 500MHz。

　　LTC5585 利用一個(gè)可調(diào)諧的基帶輸出級支持這一寬帶寬。差分 I 和 Q 輸出端口具有一個(gè)至 VCC 并與約 6pF 的濾波器電容相并聯(lián)的 100Ω 上拉電阻器 (見圖 1)。這個(gè)簡單的 RC 網(wǎng)絡(luò)允許形成一個(gè)片外低通或帶通濾波器網(wǎng)絡(luò) (以消除高電平帶外阻斷器)，并實(shí)現(xiàn)位于解調(diào)器之后的基帶放大器鏈路之增益滾降的均衡。在外部 100Ω 上拉電阻器之外再采用一個(gè) 100Ω 差分輸出負(fù)載電阻，-3dB 帶寬可達(dá)到 840MHz。

　　圖 1：用于帶寬擴(kuò)展的基帶輸出等效電路 (采用 L = 18nH 和 C = 4.7pF)

　　基帶帶寬擴(kuò)展

　　可以采用單個(gè) L-C 濾波器節(jié)以擴(kuò)展基帶輸出的帶寬。圖 1 示出了具基帶帶寬擴(kuò)展功能的芯片基帶等效電路。當(dāng)具有 200Ω 負(fù)載時(shí)，采用一個(gè) 18nH 的串聯(lián)電感和一個(gè) 4.7pF 的并聯(lián)電容可將 -0.5dB 帶寬從 250MHz 擴(kuò)展至 630MHz。圖 2 示出了不同負(fù)載條件下可能產(chǎn)生的輸出響應(yīng)種類。其中一種響應(yīng)是在采用 200Ω 和 10kΩ 差分負(fù)載電阻條件下獲得的。對于 10kΩ 負(fù)載，采用一個(gè) 47nH 串聯(lián)電感和一個(gè) 4.7pF 并聯(lián)電容可把 -0.5dB 帶寬從 150MHz 擴(kuò)展至 360MHz。

　　圖 2：轉(zhuǎn)換增益與基帶頻率的關(guān)系曲線 (采用差分負(fù)載電阻和 L-C 帶寬擴(kuò)展)