硅鍺直接調制器HMC497LP4 的特性分析及應用

　　與基于雙變頻拓撲的發(fā)射機相比，直接調制方法通過取消一級混頻器及其相關的匹配、濾波、VCO/PLL 與LO 緩沖電路，簡化了發(fā)射鏈路。本文介紹的寬動態(tài)范圍硅鍺直接調制器HMC497LP4 及其應用電路設計方法能幫助工程師設計出滿足多頻段應用的寬動態(tài)范圍直接調制器。

　　自1918 年發(fā)明以來，超外差接收機已成為射頻通信領域的主力。射頻工程師過去一直在利用超外差接收機技術的較好頻率穩(wěn)定性及較高靈敏度等優(yōu)勢，這些優(yōu)勢也可在發(fā)射端的設備中獲得。在典型的超外差發(fā)射機中，先用攜帶信息的信號(基帶或I/Q)來調制本振(LO) 信號，以產(chǎn)生調制中頻(IF)信號；然后再將此IF 信號濾波并與第二本振信號混頻(上變頻)， 以產(chǎn)生最終調制射頻信號并用天線發(fā)射出去。

　　這種雙變頻電路拓撲可與模擬及數(shù)字調制技術一起使用。與基于雙變頻拓撲的發(fā)射機相比，直接調制法通過取消一級混頻器及其相關的匹配、濾波、VCO/PLL 與LO 緩沖電路，簡化了發(fā)射鏈路。當然，非單片直接調制器的實現(xiàn)也有它自身的問題。

　　射頻集成電路(RFIC) 技術的最新進展已促使人們重新開始對直接變頻架構發(fā)生興趣。在設計一種單片直接調制器時，有幾種工藝可供選擇，但只有硅鍺(SiGe)HBT 工藝能同時擁有高效率、高線性度、高Ft、小尺寸及低成本等多種優(yōu)勢。基于單片寬帶直接調制器的上變頻器，其寄生與端口匹配問題更少，因此可減少印制板(PCB)面積以及多頻段應用中的器件數(shù)。直接調制的優(yōu)勢再結合RFIC 技術，將導致從雙變頻架構向頻率日益提高的直接調制架構的轉換。

高動態(tài)寬帶直接調制器

　　HMC497LP4 是Hittite Microwave 公司的高動態(tài)寬帶直接調制器，采用SiGe 工藝，具有200 至4,000MHz 的擴展RF/LO 帶寬。HMC497LP4 采用一種多相網(wǎng)絡，將LO 分成兩路相差為90(的等幅信號(見圖1)。包含多相網(wǎng)絡的分支與限幅放大電路，可在各種LO 輸入功率電平上獲得最佳性能。片上兩路LO 信號路徑互成鏡像，以不引入任何相移，而平衡信號路徑則用來提供更高的抗噪性能。然后每路LO 信號再驅動有源(吉爾伯特單元)混頻器，其中一路上變頻為BB_IP/BB_IN(帶寬同相)數(shù)據(jù)，另一路則上變頻為BB_QP/BB_QN(寬帶正交)數(shù)據(jù)。最后，經(jīng)過上變頻的I/Q 信號再被同相合并，并從平衡轉換成單端射頻輸出。

　　直接正交調制器的動態(tài)范圍對于保持高數(shù)據(jù)速率及數(shù)字調制信號的完整性非常關鍵。直接調制器的動態(tài)范圍定義為1dB壓縮點上的輸出功率與輸出噪聲基底電平(用dBm/Hz表示) 之比。HMC497LP4 可提供+8 dBm(900MHz)及+6dBm(3,500MHz)的P1dB 輸出，而輸出噪聲基底則分別為-161dBm/Hz(900MHz) 與-153dBm/Hz(3,500MHz) 。這些值分別對應著169dB(900MHz)及159dB(3,500MHz)的動態(tài)范圍。

　　其它直接調制器關鍵性能為邊帶抑制及載波饋通(feedthrough)電平。在中間頻率上，HMC497LP4 可提供-47dBc 的邊帶抑制以及-32dBm 的載波饋通電平(抑制與饋通電平是在LO 輸入=0dBm、Vcc=+5.0V、Vbbdc=+1.50V 以及200kHz 基帶輸入頻率(800mV 峰－峰差分輸入)上測得)。

　　通過調整I、Q 輸入端之間的相移可提高直接調制器的邊帶抑制。I、Q 信號間的理想相移最好在最終電路中憑經(jīng)驗確定，以對I、Q 信號路徑中的任何微小不對稱進行校正。通過調整I、Q 基帶輸入端之間的直流偏移可減少直接調制器的載波饋通。I、Q 信號間的理想直流偏移最好在最終電路中憑經(jīng)驗確定，以消除由布局布線引起的寄生耦合效應。

應用指南

　　HMC497LP4 當在2,140MHz 頻率上被驅動至-10dBm WCDMA 輸出信道功率電平時，HMC497LP4 可提供-67dBc 的鄰近信道功率比(ACPR)。HMC497LP4 的LON 端口在內(nèi)部被匹配至50O，且應以-6 至+6dBm 之間的單端輸入電平來驅動。要求在LON 及LOP 端上分別串聯(lián)一個100pF 電容來提供直流屏蔽，而LOP 端則在外部與50O 端接(見圖2)。

　　HMC497LP4 的射頻輸出也是單端并在內(nèi)部匹配至50O。建議在射頻輸出端串聯(lián)一個100pF 電容來提供直流屏蔽。

　　調制輸入端、BB_IN、BB_IP、BB_QN 及BB_QP 均為直流耦合，這樣直流器件便能與基帶輸入信號連接，從而增加上變頻鏈路的載波抑制。這些輸入可直接由數(shù)模轉換器(DAC) 驅動，或如果需要亦可通過電阻或基于運放的電平轉換電路來驅動。

　　HMC497LP4 采用兩條偏置電源輸入線(Vcc1 及Vcc2)。為減少電源噪聲，每條電源線都用靠近輸入接頭的4.7uF 旁路電容以及靠近封裝引腳的1,000pF 旁路電容去耦。Vcc1 與Vcc2 額定偏壓介于+4.5 至+5.5V 之間，總電流消耗為168mA。

　　HMC497LP4 直接調制器實際上可精確產(chǎn)生包括BPSK、QPSK、8PSK、OFDM 及QAM 在內(nèi)的任何模擬或數(shù)字調制格式。DC 至700 MHz 的極寬I/Q 輸入端帶寬不僅容易支持多載波工作，而且還能結合成熟預失真技術來減少互調波。這種策略可通過允許將其驅動為壓縮來提高發(fā)射功率放大器的效率。

　　HMC497LP4 的多功能性使收發(fā)器設計者能滿足NMT、PCS、UMTS、WLL、WLAN、Hyperman/Hyperlan 及WiMAX 等系統(tǒng)中的基站、轉發(fā)器以及其它無線基礎設施應用的需求。HMC497LP4 還適合用于軟件無線電中，在那里上變頻必須能根據(jù)條件及要求的變化來動態(tài)改變其調制格式與帶寬。