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從幾款核心器件下手,分析如何構建儀表級毫米波發(fā)射信號鏈

發(fā)布時間:2021-04-19 來源:亞德諾半導體 責任編輯:lina

【導讀】在萬物互聯(lián)的時代,市場對更高帶寬的需求是永無止境的?,F(xiàn)在,范圍約在20GHz至110GHz之間的毫米波頻率變得越來越受歡迎,因為在毫米波頻率下可以獲得更高的帶寬。隨著半導體技術不斷發(fā)展,可供使用的毫米波頻率器件也變得越來越多,但是,毫米波器件的測試測量儀器儀表可能非常復雜。如何使儀器儀表解決方案滿足毫米波設備的測試量需求,是通信測試行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。
  
在這類設備的設計中,高性能信號鏈非常關鍵,例如高速轉換器需要具有實現(xiàn)最新技術的寬帶寬發(fā)射和接收通道所需的性能,高性能 PLL、正交調制器和解調器、寬帶混頻器、寬帶開關和衰減器,以及完整的收發(fā)器、數(shù)據(jù)轉換器和 RF 組件系列等也扮演著至關重要的角色。作為高性能模擬技術提供商,ADI公司可提供各種滿足通信測試設備需求的解決方案,本文從該公司相幾款核心器件入手分析如何構建儀表級毫米波發(fā)射信號鏈。 
 
▼測量性能指標EVM的重要性
誤差矢量幅度 (EVM) 是數(shù)字調制準確度的一種標量測量,對于任何數(shù)字調制信號源來說都是一項重要的品質因數(shù)。在發(fā)送器調制器中實現(xiàn)低EVM是很重要,因為一個信號的EVM在通過發(fā)送/接收鏈路的每個組件時都將發(fā)生劣化。發(fā)送器上變頻轉換器、濾波器、功率放大器、接收器、甚至包括通信通道均會損害信號質量。
 
下圖顯示了無線電器件的EVM浴盆曲線,此曲線顯示了器件在操作功率下的可用動態(tài)范圍。由于儀器儀表解決方案的EVM目標通常比大部份標準限值低一個數(shù)量級,所以如果將該限值應用于同一器件,就會發(fā)現(xiàn)該器件的可用范圍縮小了。如何構建出EVM性能高出標準,是一個不小的挑戰(zhàn)。
 
從幾款核心器件下手,分析如何構建儀表級毫米波發(fā)射信號鏈
 
▼如何構建數(shù)量級差距的優(yōu)質毫米波測試設備
在大多數(shù)情況下,通過元件選型和優(yōu)化,可以大大改善EVM,但這可能還不夠,通過重新配置系統(tǒng),可以用噪聲性能換取線性度性能,使曲線向右移動,當然也可以做相反的事情,重新配置系統(tǒng)以獲得更好的噪聲性能,曲線將向左移動,經(jīng)過重新配置,可以創(chuàng)建一條新的浴盆曲線,如下圖所示,它比原始設計好一個數(shù)量級。在這種設置下,設計人員可以使用一個高速數(shù)模轉換器、一個毫米波上變頻器、一個超低相位噪聲轉換環(huán)路器件和一個放大器來構建毫米波發(fā)射鏈。
 
從幾款核心器件下手,分析如何構建儀表級毫米波發(fā)射信號鏈
 
在該毫米波發(fā)射鏈中使用的是復中頻拓撲,因為使用這種復中頻拓撲之后,濾波可以得到簡化,同時能夠實現(xiàn)出色的整體性能。首先使用混合信號前端(MxFE)器件AD9082來創(chuàng)建復中頻,該器件包含4個DAC,每個以12GSPS運行,可以使用內置的數(shù)字調制器直接生成復中頻波形。然后將這些相隔90°的中頻信號饋送至ADMV1013,該器件是一個集成式毫米波上變頻器,配有內置的倍頻器和可調諧的LO濾波器。接著使用轉換環(huán)路器件ADF4401A生成載波信號,用于上變頻操作,此器件生成的載波信號,具有非常整齊的光譜含量和超低相位噪聲。最后將這個毫米波調制器的輸出連接到毫米波頻率放大器HMC635上,將結果輸出連接至矢量信號分析儀。
 
從幾款核心器件下手,分析如何構建儀表級毫米波發(fā)射信號鏈
 
另外,使用集成到ADMV1013器件中的LO調零功能,可以大幅降低載波饋通效應,LO饋通消除和邊帶減小將有助于簡化信號鏈所需的濾波器,在這種設置下,邊帶降低了-35dBc,載波饋通降低了﹣30dBc,且無需實施額外校準,通過校準還能實現(xiàn)進一步改善。
 
再來說說發(fā)射鏈上的EVM性能,發(fā)射鏈的輸出連接到商用矢量信號分析儀,再次得出測試矢量寬度為100MHz,5G新無線電FR2波形具備256正交波幅調制。如下圖所示,全部頻率上的EVM性能非常好,標準EVM限值約為﹣30dBc,圖中顯示的EVM比標準限值低約15dB,與商用臺式信號發(fā)生器相比,使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。注意,對于系統(tǒng)的每種配置會有多個浴盆曲線,在較低功率水平下,信號鏈中的最終放大器被旁路,這有助于使噪聲性能優(yōu)先于線性度性能。隨著輸出功率提高,將器件配置為線性度性能優(yōu)先于噪聲性能,由此產生的EVM浴盆曲線要寬得多,這證明,通過重新配置系統(tǒng),可以提高系統(tǒng)級EVM性能。
 
從幾款核心器件下手,分析如何構建儀表級毫米波發(fā)射信號鏈
 
▼毫米波發(fā)射鏈核心器件解析
AD9082:混合信號前端AD9082是一款高度集成的器件,搭載16位、12 GSPS最大采樣速率的RF DAC內核,以及12位、6 GSPS采樣速率的RF ADC內核,支持4個發(fā)射器通道和2個接收器通道,非常適合需要使用寬帶ADC和DAC來處理具有寬瞬時帶寬的信號的應用。
 
ADMV1013:這是一款專門針對點對點微波無線電設計進行優(yōu)化的寬帶微波升頻器,其工作射頻 (RF) 范圍為 24 GHz 至 44 GHz。ADMV1013提供兩種頻率轉換模式,能夠從基帶同相正交 (I/Q) 輸入信號直接轉換為 RF,以及從復雜中頻 (IF) 輸入進行單邊帶 (SSB) 升頻轉換??梢越没鶐?I/Q 輸入路徑,而且可以在 IF 路徑中插入 0.8 GHz 至 6.0 GHz 范圍內任何頻率的復雜調制 IF 信號并將該信號升頻轉換到 24 GHz 至 44 GHz,同時抑制不需要的邊帶,抑制幅度通常優(yōu)于 26 dBc。串行端口接口 (SPI) 允許調整正交相位和混頻器柵極電壓,以便實現(xiàn)最佳邊帶抑制和本地振蕩器 (LO) 調零。
 
ADF4401A:一款10fs抖動、DC至8GHz轉換環(huán)路,可以實現(xiàn)超低相位噪聲和抖動性能,進而實現(xiàn)儀表級性能,完全集成且內置屏蔽體的緊湊器件,可以減少整體的設計尺寸。使用該器件構建的信號鏈的EVM性能大大優(yōu)于使用傳統(tǒng)基于PLL的LO構建的信號鏈,此外,與商用臺式信號發(fā)生器相比,使用ADF4401A可以獲得相同或更好的EVM性能。
 
HMC635:一款GaAs PHEMT MMIC驅動放大器裸片,工作頻率范圍為18至40 GHz,提供19.5 dB的增益,+29 dBm輸出IP3及+23 dBm的輸出功率(1 dB增益壓縮時),功耗為280 mA(+5V電源),非常適合作為微波無線電應用的驅動放大器,或用作工作頻率范圍為18至40 GHz的混頻器LO放大器,可提供高達+24 dBm的飽和輸出功率(15% PAE)。
 
▼總結
隨著科技的發(fā)展,越來越多的行業(yè)和應用開始使用毫米波的頻率,但毫米波測試所需的設備具有極高的性能要求,ADI可提供廣泛的器件來構建儀表級毫米波信號鏈,支持客戶為新興的毫米波市場開發(fā)差異化系統(tǒng)。
(來源:亞德諾半導體)
 
 
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