应用笔记 1997

使用摆率控制满足500mW PHS发射机的瞬时频谱要求


摘要 : 如果控制信号的跃变时间没有得到控制,500mW PHS基站的输出频谱就不能满足要求。使用MAX2510,只需要增加一个简单电路就能保证在开、关转换期间输出干净的频谱。

概述

MAX2510是数字无线应用中高集成度的IF收发器件。它是用于PHS基站的理想元件。目前,MAX2510在中国已经用于20mW和200mW的PHS基站中。但是当MAX2510用于500mW输出功率的PHS基站时,系统特性中的频谱再生不能满足谱质量规范的要求。在满足频谱要求上的这一失败的原因是输出功率高而且传输门控制信号上升沿过于陡峭。

本文给出了通过增加传输门信号摆率控制减小频谱再生并权衡了各方面因素后的设计方案和仿真结果。

设计目标

500mW的PHS基站规范要求在偏移中心频率600kHz、900kHz频率处的杂散辐射和带外杂散辐射分别为800nW、250nW和2.5mW。杂散辐射能量是在30kHz带宽内测量的。PHS基站共有三种输出功率等级:20mW、200mW和500mW。这些输出功率值是在300kHz带宽内测量的。

表1列出了不同输出功率PHS基站的要求。

表1
Offset Frequency
Output Power -> Spurious Emission
20mW
200mW
500mW
600kHz Offset
800nW
34dBc
44dBc
48dBc
900kHz Offset
250nW
39dBc
49dBc
53dBc
Out of band
2.5µW
29dBc
39dBc
43dBc

设计方法与仿真

为了满足上面的频谱再生要求,我们需要仔细地设计TX门信号的模拟的摆率控制电路。输出功率由逻辑电平信号控制,功率的上升和下降时间限制在13µs以内。

我们使用标准的PHS信号源及具有不同跃变时间和不同形状边沿的控制信号。

情况1:线性边沿形状,逻辑控制信号用于控制PA的开关。

图1.
图1.

红色的频谱是标准(输入) PHS频谱,蓝色的迹线是控制信号跃变时的PHS信号。

基于仿真结果可以看出在600kHz和900kHz偏移的频谱为-45dBc和-48dBc,这不能满足500mW PHS基站的要求。因此我们需要研究更复杂的TX门信号摆率控制电路。

情况2:具有余弦边沿形状的TX门控制信号。

图2.
图2.

根据这些仿真结果,我们发现在600kHz和900kHz偏移的频谱为-77dBc和-94dBc,它们满足PHS的要求。我们可以增加控制电路产生具有类似余弦形状摆率的跃变信号。

设计的实现

至少有两种方法可以实现预期的控制信号效果:

1. 基带数字成形:

我们可以用数字的方法产生想要的余弦形状。如果假设数据1微秒刷新一次,则生成这一曲线需要13个数据点。使用8位DAC (数字模拟转换器),假设其电压最大范围是1V,最小的电压台阶就是约4mV。

在基带处理器中生成并在存储器中存储一个13 x 8的表格。有两种可能的方法产生我们想要的用于查找的表格:一种方法是在时域中简单地计算余弦取值。另一种方法是观察RF输出频谱并调整数据直到满足杂散辐射要求。这种控制方法的体系结构如下图所示。

图3.
图3.

2. 基带模拟成形:

基带处理器具有很强的灵活性,可以产生想要的控制信号,但是数字方法需要对基带电路进行修改并占用一些基带资源。

使用低通滤波器平滑从基带处理器送来的控制信号也是得到预期结果的一种可能方法。

设计并优化以后的电路如下:

图4.
图4.

根据此仿真结果,600kHz和900kHz偏移处的频谱为-83dBc和-92dBc,满足要求。

增加此电路以后,系统结构如下图所示:

图5.
图5.

根据仿真结果,给PA使能控制信号增加简单的摆率整形电路就能使500mW PHS基站满足杂散辐射的要求。