優(yōu)化超寬帶直接轉(zhuǎn)換接收器的性能

　　二階互調(diào)失真寄生信號(hào)問題

　　在直接轉(zhuǎn)換接收器中，二階互調(diào)失真分量 (IM2) 直接落入帶內(nèi) (在基帶頻率)。例如：取兩個(gè)間隔開 1MHz (分別位于 2140MHz 和 2141MHz) 的相等功率 RF 信號(hào) (f1 和 f2)，以及間隔開 10MHz (位于 2130MHz) 的 LO 信號(hào)。最終的 IM2 寄生信號(hào)將位于 f2 – f1 (即 1MHz)。通過采用外部控制電壓，LTC5585 擁有了在 I 和 Q 通道上進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)最小 IM2 寄生信號(hào)的獨(dú)特能力。圖 3 示出了一種用于 IIP2 測(cè)量和校準(zhǔn)的典型配置。差分基帶輸出采用一個(gè)平衡-不平衡變壓器進(jìn)行組合，而 1MHz IM2 差動(dòng)頻率分量采用一個(gè)低通濾波器來選擇，以防止位于 10MHz 和 11MHz 的強(qiáng)大主音調(diào)壓縮頻譜分析儀前端。如果未采用該低通濾波器，則必須在頻譜分析儀上提供 20~30dB 的衰減及長(zhǎng)久的平均測(cè)量時(shí)間以實(shí)現(xiàn)上佳的測(cè)量。如圖 4 中的輸出頻譜所示，可以預(yù)知 IM2 分量將落入帶內(nèi) (在 1MHz)。另外，該曲線圖還示出了調(diào)節(jié)前后的 IM2 分量 —— 通過調(diào)節(jié) IP2I 和 IP2Q 引腳上的控制電壓，可使寄生信號(hào)電平下降大約 20dB。該調(diào)節(jié)使 IM2 寄生信號(hào)電平下降到低至 -81.37dBc。

　　圖 3：用于 IIP2 校準(zhǔn)的測(cè)試配置 (采用 1MHz 低通濾波器以選擇 IM2 分量)

　　圖 4：未采用低通濾波器時(shí)的輸出頻譜

　　由于擁有這種 IIP2 優(yōu)化能力，因此可以考慮兩種可行的 IP2 校準(zhǔn)策略。一種可以是在工廠里完成并在“設(shè)定后便不需再過問” 的校準(zhǔn)步驟。在這種場(chǎng)合，每個(gè)調(diào)節(jié)引腳采用一個(gè)簡(jiǎn)單的微調(diào)電位器就足夠了，如圖 3 所示。另一種策略是利用軟件來執(zhí)行自動(dòng)閉環(huán)校準(zhǔn)算法，這使得能夠周期性地對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。對(duì)于已經(jīng)在監(jiān)視其發(fā)送器輸出的 DPD 接收器而言，這是小事一樁，因?yàn)榘l(fā)送器能輕松地產(chǎn)生兩個(gè)測(cè)試音。對(duì)于主用接收器，這種校準(zhǔn)可能需要額外的硬件以將兩個(gè)測(cè)試音回送至接收器通道。在任何情況下所有這些都可以在一個(gè)離線校準(zhǔn)周期中完成。這樣的一種方法將需要把那些有可能影響基站性能的實(shí)際工作環(huán)境因素考慮在內(nèi)。

　　DC 偏移電壓清零有助于優(yōu)化 A/D 轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)范圍

　　該芯片還集成了一種相似的調(diào)節(jié)能力，以清零 I 和 Q 通道的 DC 輸出電壓。當(dāng)整個(gè)信號(hào)鏈路采用 DC 耦合時(shí)，因內(nèi)部失配以及 LO 和 RF 輸入泄漏的自混頻所產(chǎn)生的 DC 偏移分量會(huì)縮減 ADC 的動(dòng)態(tài)范圍。舉個(gè)例子，當(dāng)一個(gè) 10mV 的中等輸出 DC 偏移電壓通過一個(gè) 20dB 增益級(jí)時(shí)，將在 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端產(chǎn)生 100mV 的 DC 偏移。對(duì)于 12 位 ADC 的 2Vp-p 輸入范圍而言，該 DC 偏移量意味著空間減少了 205 LSB，即實(shí)際上導(dǎo)致 ADC 的動(dòng)態(tài)范圍縮小了 0.9dB。

　　為了最大限度地減少 LO 與 RF 輸入之間的泄漏，應(yīng)謹(jǐn)慎地隔離這兩個(gè)信號(hào)。在 PCB 布局中，需把這兩個(gè)信號(hào)的印制線彼此分離以阻止交叉耦合。即使有可量度的泄漏至 RF 端口，LO 信號(hào)也將發(fā)生自混頻，從而在輸出中形成一個(gè) DC 偏移項(xiàng)。幸運(yùn)的是，LO 電平常常是恒定的，因此 DC 偏移也是恒定的，而且能輕松地通過調(diào)節(jié)予以消除。更成問題的是 RF 輸入，它會(huì)在一個(gè)很寬的信號(hào)電平范圍內(nèi)變化。至 LO 輸入端的任何的信號(hào)泄漏都將發(fā)生自混頻，并在信號(hào)變化時(shí)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài) DC 偏移電壓。這將使解調(diào)信號(hào)產(chǎn)生失真。因此，保持很少的泄漏將有助于最大限度地抑制 DC 偏移。

　　直接轉(zhuǎn)換接收器的潛在成本優(yōu)勢(shì)

　　零中頻接收器因其潛在的成本節(jié)省優(yōu)勢(shì)而特別引人注目。如上文所述，RF 信號(hào)被解調(diào)至一個(gè)低頻基帶。在較低的頻率下，濾波器的設(shè)計(jì)變得較為容易。此外，零中頻解調(diào)在基帶上還不會(huì)產(chǎn)生鏡頻，因而免除了增設(shè)一個(gè)相對(duì)昂貴的 SAW 濾波器之需?；蛟S其中最吸引人的一點(diǎn)是 ADC 采樣速率可以顯著減低。在我們上面所舉的例子中，利用一個(gè)雙通道 310Msps ADC (例如：凌力爾特的 LTC2258-14) 即可有效地滿足 150MHz 的 I 和 Q 基帶帶寬，而不必去使用一個(gè)貴得多的較高采樣速率 ADC。

　　結(jié)論

　　面對(duì)無線接收器帶寬的增加與性能的提高，一款新型寬帶正交解調(diào)器提供了一種替代方案，可幫助克服其架構(gòu)缺點(diǎn)并提升接收器的性能水平，同時(shí)在成本方面也受到用戶所收接。