借助差分接口改善射频收发器设计性能

该设计使用140MHz 中频和20MHz带宽，因此器件连接时可采用交流耦合。
AD5356在200 Ω负载下具有最佳性能，而AD8376的输入阻抗为150 Ω。因此，为了抑制混频器输出杂散并提供良好的阻抗匹配，差分LC滤波器必须具有200 Ω的输入阻抗和150 Ω的输出阻抗。在某些应用中，需要通过过渡带极窄滤波器抑制频带外信号，可使用差分SAW滤波器来实现，但这会给接收机信号链引入过大的损耗和群延迟。四阶差分带通巴特沃兹滤波器可适合许多无线接收机，因为前端RF滤波器可以为带外干扰提供足够的衰减。
表3. ADL5356和AD8376接口和增益参数

AD8376的电流输出型电路具有高输出阻抗，因此其差分输出需要接150 Ω电阻实现电压输出。另一个差分滤波器放置在AD8376和ADC之间，用于衰减二阶和三阶谐波失真成分，因此该150 Ω负载可以被分成两部分。首先将300 Ω电阻安装于AD8376的输出端。另一个300 Ω电阻由两个165 Ω电阻和ADC的3 kΩ输入阻抗构成。两个165 Ω电阻同时为ADC输入提供直流共模电压。LC滤波器的输入和输出阻抗均为300 Ω。对于高中频应用，信号源和负载的阻抗的完美匹配是非常重要的。完整接口如图4所示。

图4.超外差式接收机接口框图和滤波器仿真结果

此接收机中，混频器之前放置一个20 dB LNA。混频器之后的滤波器具有2 dB插入损耗；AD8376与ADC之间的滤波器具有1.2 dB插入损耗。AD8376增益设置为14 dB，以便提供足够的余量来应对温度变化。接收机的总体增益为：
20 dB + 8.2 dB – 2 dB + 14 dB – 1.2 dB = 39 dB.
为将ADC输入电压限制在2 V p-p以下，传输到150 Ω电阻(300 Ω || (165 Ω × 2) || 3 k Ω)的功率应小于5.2 dBm。因此对于单音信号，接收机最大输入功率为–33.8 dBm。如果输入信号是10 dB PAR调制信号，使用此增益设置的最大输入信号为–40.8 dBm。
发射机接口设计和增益计算
对于发射通道设计，ZIF和超外差式架构具有相似的接口特性，均需要在TxDAC®与调制器间执行直流耦合。大多数调制器的中频输入电路需要外部提供直流偏置；TxDAC输出可为直流耦合模式下的调制器提供直流偏置。大多数高速DAC是电流输出架构，因此需要外输出电阻才能为调制器产生输入电压。
图5显示了超外差式或ZIF发射机，该器件采用以下元件：TxDACAD9122、低通滤波器、正交调制器ADL537x、另一个RF滤波器、频率合成器ADF4350、数字控制VGAADL5243、功率放大器、用于控制功率放大器(PA)栅极电压的DACAD562x.
图5.发射机框图

对于AD9122，满量程输出电流可设置在8.66 mA与31.66 mA之间。对于大于20 mA的满量程电流，无杂散动态范围(SFDR)会变差，但DAC的输出功率和ACPR也随着满量程电流降低而减小。适当折衷的方案是将20 mA交流电流叠加于10 mA直流电平上，得到0 mA至20 mA的电流输出。
表4.AD9122和ADL5372接口和增益参数


ADL5372的输入电路需要0.5 V共模电压，由流经50 Ω电阻的10 mA直流电流提供。0 mA至20 mA交流电流由两个50 Ω电阻和一个100 Ω电阻共享。因此调制器输入的交流电压为20 mA × ((50 × 2) || 100) = 1 V p-p。TxDAC与调制器之间的滤波器用于去除高频杂散和谐波成分。滤波器的输入和输出阻抗为100 Ω。完整接口如图6所示。

图6.直流耦合发射机IF接口框图和滤波器仿真结果

采用50 Ω输出时，ADL5372的电压转换增益为0.2 dBm。使用13 dB PAR调制器信号时，平均功率必须至少减小15 dB，以便适应Tx数字预失真过程。ADL5372具有1 V p-p单音输入时，平均调制器输出功率为7.1 dBm – 2.9 dB = 4.2 dBm。如果考虑低通滤波器的2.2 dB插入损耗，平均输出功率为4.2 dBm – 2.2 dB = 2 dBm。这种状态下，调制器输出端平均输出功率为-10dBm。
为了保证发射链路提供11 dBm平均发射功率，Tx信号链内后端需要具有26 dBm 的P-1dB的PA驱动器。如果需要2 dB插入损耗的RF滤波器以抑制LO馈通和调制器边带输出，那么增益模块和PA驱动器必须提供23 dB的总增益。针对此应用，建议使用具有集成式增益模块、数字控制衰减器和PA驱动器的VGA ADL5243。
结束语
本文介绍了ZIF和超外差式接收机解调器、IF VGA、混频器和ADC模拟端口差分设计，以及TxDAC与FMOD之间的发射机差分接口，其中均使用ADI器件作为信号链有源部分。另外还提供了设计用于这些电路的应用滤波器的增益计算和仿真结果。本振差分接口设计以及其他相关设计详情请参阅以下参考文献。
参考文献
Circuit Note CN-0018, Interfacing the ADL5372 I/Q Modulator to the AD9779A Dual-Channel, 1 GSPS High-Speed DAC.
Circuit Note CN-0134, Broadband Low Error Vector Magnitude (EVM) Direct Conversion Transmitter.
Calvo, Carlos. “The differential-signal advantage for communications system design.” EE Times.