高線性度組件簡(jiǎn)化了直接轉(zhuǎn)換接收器的設(shè)計(jì)

直接轉(zhuǎn)換無線電接收器可獲取一個(gè)頻率范圍為800MHz～3GHz的高頻輸入信號(hào)，并利用一個(gè)混頻器/解調(diào)器將該信號(hào)轉(zhuǎn)換至基帶，而無須經(jīng)過一個(gè)中頻(IF)級(jí)。設(shè)計(jì)這些接收器需要采用性能非常高的模擬IC。面向諸如蜂窩通信基礎(chǔ)設(shè)施和RFID閱讀器等應(yīng)用的高性能、直接轉(zhuǎn)換無線電接收器信號(hào)鏈路要具有高線性度、低噪聲系數(shù)(NF)，并在同相和正交(I和Q)通道之間實(shí)現(xiàn)上佳的匹配。

針對(duì)該任務(wù)的合適組件
此類產(chǎn)品很多，比如凌力爾特公司的LT5575直接轉(zhuǎn)換解調(diào)器和LTC6406。對(duì)于直接轉(zhuǎn)換混頻器，最重要的線性度規(guī)格是二階截取點(diǎn)(IIP2)，這是因?yàn)槎A失真分量恰巧存在于基帶輸出頻譜內(nèi)，而LT5575在900MHz頻率條件下的二階截取點(diǎn)為54.1dBm(在1900MHz頻率條件下為60dBm)。LT5575還具有很高的三階線性度和一個(gè)12.8dB的低噪聲系數(shù)。

LTC6406是一款具有低噪聲(在輸入端為1.6nV/√Hz)和高線性度(在20MHz頻率下為+44dBm OIP3)的全差分放大器，采用小型3mm×3mm QFN封裝。低功耗(使用一個(gè)3.3V電源時(shí)為59mW)意味著采用兩個(gè)放大器(用于I和Q)對(duì)系統(tǒng)功率分配產(chǎn)生的影響極小。LTC6406可在高達(dá)50MHz的頻率條件下保持高線性度，因而非常適合于WCDMA接收器和其他的寬帶應(yīng)用。

一款基本的接收器設(shè)計(jì)
采用有源解調(diào)器時(shí)的一個(gè)常見設(shè)計(jì)難題是必需把輸出(它可能具有一個(gè)接近VCC的DC電平)的電平移動(dòng)至位于模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)輸入范圍內(nèi)的一個(gè)可用DC電平。幸運(yùn)的是，LTC6406的軌至軌輸入使得與LT5575輸出端的連接既簡(jiǎn)單又直接。LTC6404還包括一個(gè)額外的反饋環(huán)路(受控于一個(gè)外部VOCM電平)，該反饋環(huán)路可獨(dú)立地設(shè)定輸出共模DC電平，而不受輸入電壓的影響。

圖1示出了一款采用LT5575解調(diào)器和LTC6404(后接一個(gè)LTC2299 14位ADC)的基本接收器電路。解調(diào)器輸出端上的一個(gè)RC低通濾波器負(fù)責(zé)濾除不希望有的帶外信號(hào)，而布設(shè)在ADC之前的另一個(gè)RC低通濾波器則用于消除混迭，并限制噪聲帶寬。LTC6406輸入端上的直流電壓為3.3V，與電源電壓相同。

圖1 LT5575解調(diào)器和LTC6406放大器驅(qū)動(dòng)一個(gè)14位ADC

給系統(tǒng)增加自由增益
對(duì)于需要更大增益的信號(hào)鏈路，LTC6401-8差分放大器/ADC驅(qū)動(dòng)器可以為L(zhǎng)T5575和LTC6406提供一個(gè)很好的補(bǔ)充。LTC6401-8具有較高的線性度(在20MHz頻率條件下實(shí)現(xiàn)了50dBm OIP3)和2.5nV/√Hz的輸入噪聲，采用3mm×3mm QFN封裝。它有助于改善增益和線性度，且并未顯著影響噪聲系數(shù)。如圖2所示，在信號(hào)鏈路中增加了LTC6401-8(也可提供14dB、20dB和26dB選項(xiàng))，以驅(qū)動(dòng)LTC2299。整個(gè)系統(tǒng)OIP3的測(cè)量值為45dBm(在920MHz RF和采用900MHz本機(jī)振蕩器時(shí))，而系統(tǒng)噪聲系數(shù)(NF)總計(jì)約為19dB。

由于LTC6401-8具有較高的線性度，因而能夠?qū)⒔M合系統(tǒng)OIP3增加至45dBm。此外，還在未使噪聲系數(shù)顯著劣化的情況下把增益提升了8dB。對(duì)于LTC6406而言，LTC6401-8的400Ω輸入阻抗并不是一個(gè)很重的負(fù)載，因此可在信號(hào)損失(因串聯(lián)電阻器等所致)極小的情況下實(shí)現(xiàn)兩個(gè)放大器的直接耦合。

一個(gè)位置選擇余地較大的濾波器
在圖2所示的電路中，可以把濾波器布設(shè)在3個(gè)位置上，即混頻器之后、兩個(gè)放大級(jí)之間和ADC之前。這幾種布設(shè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，但最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)選擇是把濾波器布設(shè)在混頻器之后。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可在信號(hào)鏈路的前端對(duì)無用的信號(hào)進(jìn)行衰減，這可以保持后面電路級(jí)的IP3，并允許通過系統(tǒng)提供增益。在解調(diào)器輸出端上布設(shè)一個(gè)LC濾波器對(duì)系統(tǒng)失真和噪聲系數(shù)的影響最小，而LC低通濾波器會(huì)給一個(gè)靠近其諧振頻率的反饋放大器輸出帶來一個(gè)很重的負(fù)載阻抗。值得注意的是，把LC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)在一個(gè)高速采樣ADC的輸入端上是很巧妙的方法。

圖2 采用一個(gè)20MHz低通濾波器的LT5575解調(diào)器

在設(shè)計(jì)LC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注的一點(diǎn)是必需保持LT5575的I和Q增益/相位匹配 (0.04dB/0.4°失配)，這就要求采用低容差LC組件(±2%電感器和±5%電容器)。系統(tǒng)的頻率響應(yīng)和群延遲特性幾乎完全由LC濾波器來決定。